在工业制造的精密部件里，隐藏着哪些肉眼难见的结构缺陷？在新能源材料的微观世界中，又藏着怎样影响性能的内部奥秘？
当X射线难以穿透厚重屏障，当显微镜无法触及深层结构，中国散裂中子源（CSNS）的能量分辨中子成像谱仪，正以其独有的“透视眼”突破局限。它能穿透金属捕捉内部微观细节，在不损伤样品的前提下解析深层结构，堪称微观世界里无可替代的“超级成像师”。
本期，我们将跟随中国科学院高能物理研究所东莞研究部副研究员王声翔老师，一起探秘中国散裂中子源的能量分辨中子成像谱仪。
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一、能量分辨中子成像谱仪：微观成像的利器
能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源探索物质微观世界的核心设备。它基于中子和不同物质相互作用的差异，形成样品内部结构的图像衬度，进而助力研究不同领域的科学问题。
这台谱仪由广东省科技厅全力支持建设，更是国内唯一一台高分辨成像与衍射相结合的中子成像谱仪，在微观探测领域有着独特的地位。
要让中子成像谱仪成功完成探测任务，其精妙的物理设计是关键，主要包括以下几个部分：
1
斩波器
中子在到达谱仪之前，会先经过4台斩波器，像“筛子”一样精准选择所需中子的波长范围，为后续的成像和研究提供合适的中子源。
2
小孔选择器
在中子到达散射室之前，小孔选择器会发挥作用。它能产生不同尺寸的次级中子光源，从而灵活适应不同的成像视场和空间分辨率需求，确保在探测不同样品时都能获得清晰的图像。
3
中子和X射线双源CT设备
在散射室的前端，独特的中子和X射线双源CT设备能够利用中子和X射线与物质相互作用的区别，获得更加丰富的样品信息，实现样品的多模态表征。
4
中子衍射和成像双模态表征
在距离慢化器35米处，成像谱仪同时具备中子衍射和成像的功能，可以从微观晶体结构尺度到宏观尺度实现样品的多尺度表征。
二、广泛应用：横跨多领域的科研“透视镜”
能量分辨中子成像谱仪的应用场景十分多元，覆盖能源材料、工程材料、磁性材料及文化考古等多个学科领域，堪称科研领域的“透视镜”。
在能源材料领域，成像谱仪基于中子对充放电中电解液的动态变化来研究锂电池老化机理，为研发性能更优越的锂电池提供关键的科学依据。
而在文化考古领域，它更是展现出了独特的价值。以青铜佛像内部的装藏文化研究为例，传统的X射线CT在面对这类文物时，往往难以清晰呈现其内部结构。但中子CT却能凭借其独特的穿透能力和成像原理，很好地实现青铜佛像内部结构的三维表征，让隐藏在佛像内部的装藏细节得以清晰展现，为文化考古研究打开了一扇新的窗口。
三、独特优势：穿透金属、锁定氢踪双突破
能量分辨中子成像谱仪具有两大显著优势。其一是极强的穿透能力，能突破金属对X射线的强吸收限制，实现工程部件级别的成像研究。其二是对氢元素敏感，使得中子成像能够观察氢元素的分布，也是唯一可以穿透金属材料观察到内部氢分布的一个表征手段。
四、技术突破：攻克关键难题，达世界一流水平
在成像谱仪建设过程中，团队攻克了多项关键技术的瓶颈：
（1）中子导管在线准直技术取得突破，为谱仪实现高通量性能提供了坚实保障，确保其高效稳定运行。
（2）探测器专业组联合中国科学院物理化学技术所，成功自主研制出中子闪烁体屏，将中子成像分辨率提升至 6-7 微米，达到世界一流水平，为高分辨成像研究奠定了核心技术基础。
王声翔老师指出，未来团队将持续发挥中国散裂中子源高能量分辨率的优势，为各领域的用户提供更优质的技术支撑平台。
作为微观世界的“超级成像师”，能量分辨中子成像谱仪以其精妙的物理设计、多元的探测能力和独特的优势，持续“捕捉”着物质内部的微观细节。从锂电池的老化机理到青铜佛像的装藏文化，从工程部件的结构表征到氢元素的分布追踪，它正以无可替代的成像之力，拓展人类认知微观世界的疆界，推动科学研究迈向更高水平。
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