在材料科学领域，了解材料在现实条件下的内部行为一直是开发新材料和推动创新技术市场化的关键。中子成像作为一种独特而强大的技术，无需改变或破坏样品即可研究材料的内部结构和行为，为核材料和技术的发展提供了重要见解。
中子成像技术利用中子的独特性质，与原子核相互作用，能够轻松穿透致密、重的材料，同时对氢等较轻的元素保持极高的灵敏度。这种深度穿透性、对轻元素的灵敏度和能量依赖性相互作用的结合，使中子成为研究核系统中材料的独特工具。无论是在高温下进行现场测量，还是分析需要厚屏蔽的辐照样品，中子都能提供独特的见解，对于增进我们对核材料的理解至关重要。
光束线科学家 Sven Vogel 将高放射性辐照后核燃料样品安装到卢汉中心飞行路径 4 (HIPPO) 上的样品室中。样品室配备了一个机械臂，能够在来自散裂靶的脉冲热中子束内精确定位和定向样品。这种先进的装置可以同时进行中子衍射和布拉格边缘成像，使研究人员能够在受控条件下分析辐照核燃料的结构和微观结构特性。(图片：LANL)
近年来，中子成像技术的进步显著扩展了其功能，使研究人员能够以前所未有的清晰度可视化材料的内部结构和动态。这些进步将中子成像从定性方法转变为精确的定量工具，允许高分辨率映射微观结构和同位素分布，即使在高温极端条件下或在辐照后环境中也是如此。这种理解水平对于确保下一代反应堆的安全性、效率和寿命至关重要。
洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANSCE)在这一领域具有独特优势。该实验室拥有世界一流的质子加速器，配备两个中子散裂源用户设施：Lujan中心和武器中子研究(WNR)设施。这些散裂源由短质子脉冲驱动，是实现先进中子成像技术的关键。通过了解中子产生的确切时间，并使用在检测到中子时进行时间标记的先进成像探测器，研究人员可以根据飞行时间技术进行能量分辨中子成像，逐像素提取详细的同位素或微观结构信息。
在LANSCE，中子成像通过多条飞行路径进行，每条飞行路径都针对特定的研究需求量身定制。Lujan中心的飞行路径11(ASTERIX)专门从事冷中子成像，擅长探测给定材料中的轻元素和精细结构细节。此外，飞行路径5(ERNI)和飞行路径4(HIPPO)提供先进的热中子成像和超热中子成像功能，支持中子共振成像(NRI)和布拉格边缘成像(BEI)等技术，擅长测量材料中的同位素和微观结构分布。WNR设施的飞行路径60-R则针对MeV中子成像进行了优化，为穿透致密材料提供了独特优势，适合用于核废料检查的技术开发。
中子成像技术在核能领域的应用正在不断扩大。它不仅能够研究核材料的材料特性、同位素组成和热物理特性，还能为模拟和最终的核反应堆许可提供所需的可靠数据。随着下一代核反应堆设计越来越接近许可和部署，对更深入地了解对其成功至关重要的材料的需求正在迅速增长。中子成像技术正是满足这一需求的关键工具之一。
为了推动中子成像技术在核能领域的应用，LANSCE正在积极建立一个以中子成像为中心的强大社区。该实验室每年早春都会发出提案征集，邀请世界各地的研究人员提交关于在Lujan中心或WNR设施的光束线上进行测量的想法。此外，LANSCE还是核科学用户设施(NSUF)的合作伙伴，为研究人员提供专门用于对辐照后材料进行中子散射实验的资金。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究员亚历山大·朗和Sven Vogel是中子成像技术领域的专家。他们致力于开发先进的中子成像技术，以研究下一代核反应堆材料的特性，并推动中子成像技术在核能领域的应用。如需更多信息或讨论潜在想法，他们鼓励研究人员直接联系LANSCE网站上的飞行路径科学家。
