我国首台高能直接几何非弹性中子散射谱仪正式通过验收
中国科学院高能物理研究所近日宣布，我国首台高能直接几何非弹性中子散射谱仪（以下简称“高能非弹谱仪”）已于11月16日顺利通过验收，现已具备正式运行并开展科学实验的条件。
该设备由中山大学与散裂中子源科学中心联合研发，填补了国内在百毫电子伏特（meV）以上中高能非弹性中子散射领域的空白。其投入运行后，将为热电材料、磁性材料、高温超导、能源材料以及生命科学等领域的研究提供关键实验平台。作为我国首台飞行时间型非弹性中子散射谱仪，它的建成标志着中国散裂中子源的研究能力正从静态结构分析向材料动力学研究拓展。
高能非弹谱仪依托中子不带电且穿透性优异的物理特性，能够直接观测物质内部的微观动态过程。当中子与原子核发生非弹性散射时，其速度与方向都会发生变化。通过分析这些变化，研究人员可以反推出材料内部的动态信息，从而揭示原子与分子在材料中的行为。
据谱仪项目负责人、中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任童欣介绍，该谱仪的最大优势在于其不仅具备解析材料静态结构的能力，还能在皮秒（万亿分之一秒）时间尺度上捕捉材料内部原子和分子的动态过程，包括振动、旋转以及能量传递等现象。与传统只能“拍摄材料照片”的谱仪相比，高能非弹谱仪更像是为材料“拍摄视频”的科学设备。
该项目自2019年9月启动建设以来，团队在多束道实验模式上进行了创新设计，关键部件多由自主研发。在研发过程中，团队攻克了费米斩波器、超大型真空散射腔、适用于中子散射的磁体样品环境系统，以及大面积高压氦三中子探测器等一系列核心技术难点。2023年1月12日，谱仪首次成功探测到中子束流。经过两年的调试和优化，该设备已具备10至1500 meV的入射中子能量范围，最佳能量分辨率达3%，其信噪比与单位功率入射通量等指标均达到国际先进水平。
此外，该谱仪还配备了3至800 K的高低温环境控制系统以及7特斯拉的强磁场系统，能够满足绝大多数非弹性中子散射实验的需求。完成验收后，设备将进入试运行阶段，并计划于2026年正式对科研用户开放。届时，它将为高温超导的物理机制研究、量子磁性作用、热电材料的输运特性、电池内部离子扩散过程，以及生物材料活性分析等前沿课题提供强有力的技术支撑。