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上海交通大學(xué)科研團隊實現(xiàn)桌面式中子共振譜分析技術(shù)突破

2025年10月27日 14:12:05 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：1588

上海交通大學(xué)研制出國際首臺桌面式高分辨中子共振譜儀樣機。該技術(shù)利用激光驅(qū)動電子加速產(chǎn)生超熱中子，僅需1.72米飛行距離即可實現(xiàn)對銀、銦等核素的精細識別，能量分辨率優(yōu)于3%。

　　近期，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院陳黎明教授課題組成功研制出國際上首臺桌面式、緊湊型高分辨超熱中子共振譜學(xué)研究樣機，該技術(shù)有望為解決核材料現(xiàn)場無損檢測難題提供新方案。相關(guān)研究成果已于2025年10月3日以直接投稿形式發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》(PNAS)。
 

 

　　中子共振譜分析(NRSA)作為一種先進的無損檢測技術(shù)，能夠通過分析中子與原子核相互作用的共振特征，精確獲取材料的元素組成和同位素比例。傳統(tǒng)NRSA技術(shù)依賴散裂中子源或大型電子加速器產(chǎn)生的中子，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大、難以移動，且通常需要百米級中子飛行距離以實現(xiàn)高分辨率測量，限制了其在核武器性能評估、高放核廢料監(jiān)測等現(xiàn)場場景的應(yīng)用。
 
　　針對這一技術(shù)瓶頸，研究團隊利用懷柔綜合極端條件實驗裝置（SECUF-XD3），基于激光等離子體電子加速器，開發(fā)出緊湊型超熱中子源系統(tǒng)。實驗中，團隊通過飛秒激光與氮氣射流相互作用產(chǎn)生高品質(zhì)電子束，經(jīng)鉛轉(zhuǎn)換體產(chǎn)生伽馬射線，進而誘發(fā)核反應(yīng)生成納秒脈沖中子，再通過高密度聚乙烯慢化獲得微秒脈沖超熱中子。整個裝置占地面積約10平方米，中子飛行距離僅1.72米，顯著降低了設(shè)備空間需求。
 
　　實驗數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)在5電子伏特(eV)能量處的時間分辨率達0.8微秒，能量分辨率優(yōu)于3%，成功實現(xiàn)對銀-109(5.19 eV)和銦-115(1.46 eV)核素共振特征峰的清晰識別。與傳統(tǒng)大型裝置相比，該樣機在保持高測量精度的同時，具備緊湊化、低成本(約百萬美元量級)和高時間分辨率的綜合優(yōu)勢。
 
　　研究團隊指出，通過提升激光重復(fù)頻率至100赫茲，中子通量可進一步提高至10? n/s量級，從而縮短分析時間。該技術(shù)為核材料現(xiàn)場檢測、核反應(yīng)堆燃耗計算、放射性核素活度監(jiān)測等應(yīng)用提供了新的技術(shù)路徑，對推動高精度核數(shù)據(jù)獲取具有重要意義。
 
　　研究團隊表示，此項突破標(biāo)志著中子共振譜分析技術(shù)向現(xiàn)場化、實用化邁出了關(guān)鍵一步，未來將在核安全與核材料管理領(lǐng)域展現(xiàn)應(yīng)用潛力。
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