我国首台高能直接几何非弹性中子散射谱仪顺利通过验收
近日，中国科学院高能物理研究所宣布，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”）于11月16日正式通过验收。该设备现已具备开展科学实验和正式运行的条件。
这台设备由中山大学与散裂中子源科学中心联合研发，成功填补了我国在百毫电子伏特（meV）以上中高能非弹性中子散射谱仪领域的空白。它的建成，为热电材料、磁性材料、高温超导、能源材料及生命科学等多个研究方向提供了关键实验平台。同时，这也是我国首台采用飞行时间技术的非弹性中子散射谱仪，标志着中国散裂中子源的研究能力已从静态结构分析拓展至材料动力学研究。
高能非弹谱仪依托中子不带电、穿透性强的物理特性，能够直接捕捉物质内部的微观运动过程。当中子与材料中的原子核发生非弹性碰撞时，其速度和方向发生变化，通过精确分析这些变化，研究人员可以反推出材料内部的动态行为信息。
谱仪负责人、中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任童欣指出，该设备最突出的优势在于不仅能够揭示材料的静态结构，还能以皮秒级时间分辨率探测材料内部原子与分子的动态过程，例如振动、旋转及能量传递等瞬时行为。相比之下，传统的中子谱仪更像是一台“相机”，而高能非弹谱仪则更像是一个“摄像机”，可以捕捉材料的动态变化。
自2019年9月启动建设以来，高能非弹谱仪在多束流实验模式方面实现了多项创新设计，其核心部件大多由研发团队自主研发，攻克了包括费米斩波器、超大真空散射腔、中子散射兼容磁体样品环境、大面积高压氦三中子探测器等关键技术。2023年1月12日，设备首次成功探测到中子束流。经过两年的系统调试，该谱仪实现了10至1500 meV的中子入射能量范围，最高能量分辨率达3%，在信噪比和单位功率入射通量等关键性能指标上达到国际先进水平。此外，设备还配备了覆盖3-800 K温度范围和7特斯拉磁场环境的样品测试系统，足以满足绝大多数非弹性中子散射实验的需求。
随着验收工作的完成，高能非弹谱仪将进入试运行阶段，并计划于2026年起正式面向科研用户开放。未来，它将在高温超导机制、量子磁性相互作用、热电材料输运特性、电池中离子扩散过程以及生物材料活性等基础科研领域发挥重要作用。