【填补空白】我国首台高能非弹性中子散射谱仪建成—2023－11－13

汇泉湾泳客

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中山大学与散裂中子源科学中心合作建设的高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪（以下简称“高能非弹谱仪”）于11月12日揭牌，预计明年正式投入使用。这是我国首台非弹性中子散射飞行时间谱仪，填补了我国高能非弹性中子散射领域的空白，主要性能指标达到国际先进水平。

中子散射谱仪是一种能深入研究材料内部结构和运动等性质的测量仪器。用特定速度的中子轰击样品，能够在了解材料微观结构和关联强度的基础上反映其特性，为物理、化学、材料、力学和交叉学科研究提供有力支撑。

图为高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪。（中山大学供图）

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据介绍，高能非弹谱仪是散裂中子源建设的八台合作谱仪之一，这台仪器历经数年攻关，于 2023 年 1 月 12 日成功产生了第一束中子，这也标志着其设备研制与安装工作的顺利完成，并已进入调试阶段。

IT之家查询发现，非弹性中子散射谱仪可同时获取散射中子的空间分布和能量变化信息，因此能够在动量和能量空间中测量物质微观结构的动力学行为，是研究材料元激发现象（如晶格和自旋动力学）最为直接的工具。

这台高能非弹性中子散射谱仪的入射中子能量范围为 10~1500 meV，最佳能量分辨率可达 3%。

此外，它还提供了 1.5 至 800 K 的高低温环境和高达 7T 的磁场环境，并可借助费米斩波器和带宽斩波器协同工作实现在多波长模式和单波长模式之间的快速切换。

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中山大学物理学院中子科学与技术中心主任、教授王猛介绍，高能非弹谱仪正式投入使用后，团队可以利用中子谱仪观察镍氧化物的磁激发谱，获取磁性、自旋动力学等数据，助力高温超导的机理研究。

2021年和2022年，高能非弹谱仪共获批专项博士研究生指标15名，面向谱仪的学科发展设置，采取双导师制，由中山大学物理学院的教授和散裂中子源的导师共同指导。高能非弹谱仪将为中子谱仪研究领域培养青年人才提供平台。

中国科学院院士、中山大学校长高松表示，谱仪开放运行后，将坚持面向世界科技前沿和国家战略需求，主动服务粤港澳大湾区，积极推动我国中子科学与技术发展。

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国家需要的“5号线”

中子散射谱仪就像一台“中子版”的超级显微镜。用X光、磁共振等技术看不透的物质内部，用中子散射谱仪有可能看清。

中国散裂中子源副研究员任清勇介绍，当特定速度的中子轰击样品，其与样品内部的原子等发生撞击，不同的结果就能反映出样品材料的不同特性。用“中子视角”观察材料，能看到用其它方法看不到的细节。

为这台“显微镜”提供光源的是中子源。在位于东莞的中国散裂中子源，高能量的质子束流经过一条超长的“跑道”后撞上一个钨靶，发生散裂反应，产生中子。围绕靶心，20条中子通道呈放射状分布，高能非弹谱仪位于其中的“5号线”。

在这里，设计入射能量范围为10-1500毫电子伏的中子从慢化器射出，击打在物质样品上面，分别沿着不同的方向以不同的能量射出。分析这些撞击结果，数据可用于物质的晶格振动、磁性激发和晶体场激发等特性研究，为物理、化学、材料、力学和交叉学科研究提供支撑。

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自主研制国内首个费米斩波器

中山大学物理学院副院长、教授王猛介绍，从2017年开始，中大就与中国科学院高能物理研究所开展合作，计划在散裂中子源上建设我国第一台高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪。2019年，高能非弹谱仪通过可研评审，正式开始建设。

任清勇形象地描述：“高能非弹谱仪需要用到高压氦-3管子组成的阵列探测器来探测中子。一条氦-3管价值40万元，等于一辆不错的轿车了。目前谱仪里已经装上了150条，未来还要加装100条。”

高能非弹谱仪建设的过程可谓一波三折,核心部件之一“费米斩波器”，其核心技术主要由欧美国家掌握。中大订购的费米斩波器过境某国进行测试，竟然被该国拒绝审批放行，导致货期延误超过一年，严重影响建设进度。

为保证高能非弹谱仪顺利建成，科研人员自主研制了国内首个费米斩波器，填补了空白。经过快速的迭代改进，目前性能已经基本达到设计指标。

今年6月，高能非弹谱仪顺利测量到了钒的声子谱，标志着中国首台高能非弹性中子散射谱仪建设成功。

汇泉湾泳客

有望揭示高温超导机理

“我出国前，我国还不具备非弹性中子散射研究的实验条件，中国人想做研究，要向其它国家中子源申请。”王猛说，以英国的中子源为例，科研项目排队已经排到18个月后。

2016年前后，正在国外读博士后的王猛了解到我国正在广东东莞建设中国第一个散裂中子源，而且进展顺利。回国后，他很快就参与推进与中国散裂中子源合作建设高能非弹谱仪。

王猛介绍，此前，高能非弹谱仪已经面向全球征集科学项目，未来预计每年开展2次审批，从科学价值、设备适用程度等维度筛选出合适的项目。

王猛团队今年7月在《自然》杂志上发文，报道在全球率先发现新型双层镍氧化物超导体，引起国内外研究人员高度关注。“高能非弹谱仪有可能为高温超导机理研究带来全新的认识。”王猛说，团队从理论上预言，相比其它超导材料而言，镍氧化物超导材料会有更高能量的磁激发信号，“但关键的数据我们还没有测到，高能非弹谱仪正式投入使用后，我们可以利用中子谱仪观察镍氧化物的微观结构，获取磁性、自旋动力学等数据”。

除了高温超导材料外，高能非弹谱仪也可以为能源材料、磁性材料等领域研究提供机理研究的帮助，为新材料开发打下基础。

“虽然我们做的是基础研究设备，但它就像上游的大河，能滋润下游的很多科研团队和成果转化企业。”王猛也期待，围绕高能非弹谱仪的建设和科学项目凝聚起一支青年人才队伍，“大家聚在一起，有交流平台，也有发展机会”。

泽雅

                   我国首台高能非弹性中子散射谱仪建成，可喜可贺。

威海杆哥

汇泉湾泳客 发表于 2023-11-15 04:52
有望揭示高温超导机理“我出国前，我国还不具备非弹性中子散射研究的实验条件，中国人想做研究，要向其它国 ...

可喜可贺的事，值得夸赞。

868584

中国高能物理研究新进展!

汇泉湾泳客

泽雅 发表于 2023-11-15 05:55
我国首台高能非弹性中子散射谱仪建成，可喜可贺。

谢谢老朋友泽雅长老第一时间关注，点评

汇泉湾泳客

威海杆哥 发表于 2023-11-15 08:45
可喜可贺的事，值得夸赞。

谢谢老朋友杆哥关注，点评

汇泉湾泳客

868584 发表于 2023-11-15 09:33
中国高能物理研究新进展!

谢谢老朋友868584关注，点评

威海杆哥

汇泉湾泳客 发表于 2023-11-15 14:14
谢谢老朋友杆哥关注，点评

不客气

岸上人

       标志着中国首台高能非弹性中子散射谱仪建设成功。

刘建华

祝贺我国首台高能非弹性中子散射谱仪建成！

汇泉湾泳客

威海杆哥 发表于 2023-11-15 15:24
不客气

汇泉湾泳客

岸上人 发表于 2023-11-15 16:32
标志着中国首台高能非弹性中子散射谱仪建设成功。

谢谢老朋友岸上人关注，点评

汇泉湾泳客

刘建华 发表于 2023-11-15 16:48
祝贺我国首台高能非弹性中子散射谱仪建成！

谢谢老朋友刘建华版主关注，点评

威海杆哥

威海杆哥 发表于 2023-11-15 08:45
可喜可贺的事，值得夸赞。

多谢邹哥加分给力

汇泉湾泳客

威海杆哥 发表于 2023-11-16 08:57
多谢邹哥加分给力