【基金標書】2010CB833100-中國先進研究堆中子束應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及若干科學(xué)問題

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項目名稱： 中國先進研究堆中子束應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及若干科學(xué)問題首席科學(xué)家： 陳東風(fēng) 中國原子能科學(xué)研究院起止年限： 2010年 1月-2014 年 8月依托部門： 中國核工業(yè)集團公司一、研究內(nèi)容研究內(nèi)容分為平臺建設(shè)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究兩個方面。其中平臺建設(shè)包括：反應(yīng)堆中子束優(yōu)化及特殊樣品環(huán)境研究、中子應(yīng)力三維無損深度測量技術(shù)研究、中子在物質(zhì)中的衰減與中子成像研究三個部分。應(yīng)用基礎(chǔ)研究包括：單晶和多晶新材料的中子衍射研究、磁性材料的中子散射研究、強關(guān) 聯(lián)體系中原子與自旋動態(tài)的中子散射研究三個部分。平臺建設(shè)為應(yīng)用基礎(chǔ)提供條件，而應(yīng)用基礎(chǔ)研究將驗證平臺建設(shè)的成效，并推動平臺建設(shè)的進一步發(fā)展。二者相輔相成，相互促 進。平臺建設(shè)：反應(yīng)堆中子束優(yōu)化及特殊樣品環(huán)境研究。在反應(yīng)堆功率不改變的前提下，自主研發(fā)中子光學(xué)關(guān)鍵部件，以進一步提高中子散射譜儀的效率，建立國內(nèi)第一個中子光學(xué)組件的研發(fā)平臺。在 CARR 中子散射譜儀已有或在建的壓力或溫度等單一可調(diào)參數(shù)樣品環(huán)境的基礎(chǔ)上，重點研發(fā)壓力、溫度、濕度、化學(xué)環(huán)境等參數(shù)之同時可調(diào)的多可調(diào)參數(shù)集成樣品環(huán)境。并運用所研制的集成樣品環(huán)境，對儲氫、負熱膨脹等材料在不同溫度、壓力和化學(xué)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)進行實時原位表征。針對CARR 等高粒子通量研究平臺所必然面 對的大量數(shù)據(jù) 處理問題，研究智能化自動化的數(shù)據(jù)采集及分析方法，并開發(fā)相應(yīng)的軟、硬件系統(tǒng)，以期使數(shù)據(jù) 處理過程對使用者經(jīng)驗的強依賴性得到根本性的改變。針對以納米晶材料為代表的非隨機缺陷材料的結(jié)構(gòu)表征，基于所提出的“梯度對稱性 ”概念，通過理論結(jié)構(gòu)模型與中子衍射實驗數(shù)據(jù)的相互驗證和補充，開展以納米晶材料為典型代表的非隨機缺陷材料的晶體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)的理論與實驗研究。中子應(yīng)力三維無損深度測量技術(shù)研究。解決材料科學(xué)與工程實踐中的應(yīng)力分布測試的關(guān)鍵技術(shù)問題，為工程材料的設(shè)計提供中子束測量實驗數(shù)據(jù)。利用中子應(yīng)力測量技術(shù)，建立三維無損深度的原位測量環(huán)境和方法。通過應(yīng)力分析，改進航天、航空、核工業(yè)關(guān)鍵工程部件的焊接、噴丸、滾壓等加工工藝，解決部件質(zhì)量、安全和壽命問題。主要內(nèi)容有研究中子應(yīng)力三維無損深度測量技術(shù)及有限元模擬方法；研究材料內(nèi)部宏觀、微觀應(yīng)力與工程部件使用過程中材料損傷的相關(guān)聯(lián)性，準確預(yù)估服役安全及使用壽命；通過快中子增殖堆包殼材料、堆芯材料和蒸氣發(fā)生器傳熱管材料的應(yīng)力分析，直接服務(wù)于核電工業(yè)等領(lǐng)域的材料設(shè)計，為材料的設(shè)計、加工和處理工藝提供指導(dǎo)；建立中子殘余應(yīng)力譜儀拉伸、壓縮和控溫等測量環(huán)境；完善有效的測量數(shù)據(jù)的分析處理方法。中子在物質(zhì)中的衰減與中子成像研究。通過適當?shù)难芯渴侄魏蛯ο?，在方法學(xué)方面進行新的創(chuàng)新和探索。主要內(nèi)容包括：1）核反應(yīng)堆燃料元件的中子成像檢測方法研究。由于使用過的核燃料棒含有錒系元素等裂變產(chǎn)物，有放射性，需 發(fā)展輻射環(huán)境下有效可靠的中子成像方法。利用典型試樣建立檢測核燃料元件結(jié)構(gòu)的完整性與缺陷、燃料顆 粒的分布、是否存在有害的中子吸收劑、 熱堆鋯合金包殼表面的氫分布及濃度、快堆不銹鋼包殼與水冷管的缺陷和腐蝕情況等的實驗方法， 為核燃料元件的檢測打下基礎(chǔ)。 2）快速實時 成像技術(shù)與兩相流的中子成像研究。借助于快速實時中子成像技術(shù)可實現(xiàn)兩相流流形的可視化，并可測量其空洞比例、相間相對速度、界面濃度、連續(xù)相的速度 場和湍流強度等關(guān)鍵參數(shù)。本研究將發(fā)展每秒 1000 幀級的快速實時成像技術(shù)，研究降低輻射噪聲、統(tǒng)計漲落噪聲、讀出噪聲和像增強 器噪聲的方法，并建立兩相流實驗裝置，研究兩相流參數(shù)的定量測量方法，開展典型兩相流的實驗研究。3）先進材料中子成像無損檢測的原理和方法研究。先進 材料指在航天、航空、核工 業(yè)及先進制造業(yè)中使用的新型復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)材料、含能材料等，中子成像可用于檢測儲氫材料中氫的分布、飛機 發(fā)動機葉片冷卻通道內(nèi)的鑄造型芯殘留、機翼蜂巢結(jié)構(gòu)的缺陷及腐蝕情況、用于核廢料處理的硼合金不銹鋼的缺陷等等。本研究將探索典型材料中孔隙、裂縫、夾層、脫膠、含氫、密度不均勻等各種缺陷的成像 規(guī)律，提高缺陷的探測靈敏度和判定能力。4）非平行束情況下進行中子斷層成像圖像重建的理論、方法與技術(shù)研究。目前國際上的中子斷層成像一般采用成熟的平行束算法，但在有些實際情況下中子束在穿透樣品的過程中對于理想平行束會有一定偏離，從而引起圖像重建的質(zhì)量下降。本項 目將對非平行束情況下中子斷層成像圖像重建進行研究，以提高中子斷層成像的圖像質(zhì)量。 5）利用編碼 中子源進行中子相襯成像的研究。中子相襯成像具有邊緣增強效應(yīng)，但通常采用的針孔法中子相襯成像的成像效果受到中子注量率過低的限制。編碼中子源由按一定規(guī)則排列的大量針孔組成，可大大提高可用的中子注量率。將編碼中子源用于中子相襯成像是我們在國際上首次提出的設(shè)想，為此需研究相應(yīng)的理論、方法與技術(shù)，并將其付 諸實施。應(yīng)用基礎(chǔ)研究：單晶和多晶新材料的中子衍射研究。在單晶材料方面：1）首先選擇重要的非線性光學(xué)晶體鈮酸鋰（LN）單晶開展研究，控制不同的配料和條件生長一系列LN 晶體。2）利用中子衍射/漫散射研究鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)，根據(jù)氧空位、鈮空位、鈦鐵礦結(jié)構(gòu)和鋰空位等理論模型擬合實驗結(jié)果，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和擬合情況，確定缺陷模型與晶體生長條件、 組成及性能的關(guān)系，優(yōu)化非化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的生長條件，為制備均一的高性能非線性（NLO ）光學(xué)晶體提出最佳方案。3）針對本項目中其他研究組發(fā)現(xiàn)的有價值體系開展單晶生長工作，根據(jù)已建立的分析方法和路線，研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。在多晶體系方面：1）新型化合物的合成：(a) 各種復(fù)合氧化物，如 An+1MnnO3n+3(Ca2O)，Ban+1ConO3n+3(Co8O8)等鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)化合物，Bi(Ti 1-xMx)O3 等鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物；(b) 新型硼酸鹽，如稀土 /鉍/堿土硼酸鹽及復(fù)合物、微孔 結(jié)構(gòu)的硼酸鹽（基于 PKU-n, n=1-8 系列）；(c) 非公度相，如 NCL 相，In 6Ti6CaO22, In6Ti6MO22±δ (M=K,Y 等)。2）晶體結(jié)構(gòu)的分析: 對于新合成的化合物，首先通過 X-射線衍射等方法確定晶體 結(jié)構(gòu)，如空間群、晶胞參數(shù)、重原子的原子坐標等。在此基礎(chǔ)上，收集中子衍射數(shù)據(jù)，利用 Rietveld 精修和 Fourier 分析確定所有元素的準確位置和占有率，解 釋結(jié)構(gòu)的特點。特別是針對非公度相，研究結(jié)構(gòu)中元素價態(tài)變化、空位等分布特征，揭示非公度 結(jié)構(gòu)的成因。3）結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系：對于含有過渡金屬離子的體系，測試電、磁性能； 選取有特定磁性能的體系，與課題 4 的人員合作開展磁結(jié)構(gòu)的研究，特別是關(guān)注二維層狀結(jié)構(gòu)的磁有序問題；對于一些顯示出獨特結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的材料開展單晶的生長工作，與課題 2 的研究人員合作利用單晶深入研究材料的微結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)性質(zhì)，研究電子自旋與性能關(guān)聯(lián)的深層次問題。 對于非公度相，探討非公度結(jié)構(gòu)與性質(zhì)變化的關(guān)系。磁性材料的中子散射研究。結(jié)合溫度、 壓力、磁場等特殊 樣品環(huán)境，開展磁性材料的原位中子散射研究，與課題 3 的研究人員合作, 獲得材料的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)，相組成與材料的特性的關(guān)系和規(guī)律， 進而設(shè)計和開發(fā)新型磁性材料。以永磁材料和磁交叉效應(yīng)材料等磁性功能材料為研究對象，內(nèi)容包括：1）利用中子衍射和磁性測量等研究永磁材料 R(Mn/Fe、X)n (n=7-13，X 為一元或二元穩(wěn)定元素如 Ti、V、Cu、Si、Al、Nb、B、C 等)的磁化強度、磁有序和磁各向異性與磁 結(jié)構(gòu)和相組成的關(guān)系，探索建立提高材料的永磁性能的微觀和宏觀調(diào)控的模型和理論，尋找具有優(yōu)異性能的永磁新相。2）研究不同溫度和磁場條件下具有多種磁、電效應(yīng)的 R5(Si1-xGex)4 和 R1-x(Sr,Ba,Ca)xMnO3 等材料的微觀晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)、磁致伸縮效應(yīng)、巨磁熱效應(yīng)、巨磁阻效 應(yīng)及其變化規(guī)律。在晶體 結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合磁相圖定量分析各種相互作用和磁化機制及其變化規(guī)律，分析磁結(jié)構(gòu)與各效應(yīng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，探索提高材料性能的途徑，尋找有實際應(yīng)用價值的磁性功能材料。3）研究特殊環(huán)境(溫度、 壓力、磁場、電場等)下，上述材料的物理和化學(xué)特性與其晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)、相 組成和電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。重點研究磁相變化處輸運、熱學(xué)、力學(xué)等性能異常與磁結(jié)構(gòu)的關(guān)系，獲得多種磁效應(yīng)之間的相互關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)影響材料性能的關(guān)鍵機理，從而 為認識和解決材料應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)提供基本的理論指導(dǎo)。強關(guān)聯(lián)體系中原子與自旋動態(tài)的中子散射研究。深入探求強關(guān)聯(lián)體系中電子電荷、軌 道、自旋和晶格等自由度之 間的相互作用，重在系統(tǒng)觀察和理解新現(xiàn)象，推動建立新手段和新理論，并預(yù)言可能的新發(fā)展和新應(yīng)用。利用中子散射對原子核和自旋敏感的特點，輔助以樣品環(huán)境（包括溫度、磁場和電場、 壓力等）變化與控制手段，系統(tǒng)測量高溫超 導(dǎo)、多 鐵性、離子 導(dǎo)電等典型材料體系中聲子（反映原子間相互作用）、自旋波和自旋漲落（反映自旋間的相互作用），結(jié)合理論分析, 集中探討強關(guān)聯(lián)體系中原子和自旋微觀運動與奇異量子現(xiàn)象之間的關(guān)系。研究對象主要包括新型鐵基高溫超導(dǎo)材料 LnFeAs(O,F)和（ Ba, K）Fe2As2、多 鐵材料（Lu,A）Fe2O4 和 Cd(Cr,M)2S4、鋰離子電池材料 LiFe1-xMxPO4 及其他相關(guān)材料。利用固相反應(yīng)、溶膠凝膠等方法制備單相多晶樣品，使用助熔劑法、浮 驅(qū)法生長有代表性的典型樣品的單晶，并利用化學(xué)分析、磁性電 性測量、中子衍射等多種手段，確定樣品質(zhì)量和基本物性；測量典型單晶樣品中的聲子、自旋波和自旋漲落。建立鐵基超導(dǎo)體中自旋漲落與超導(dǎo)臨界溫度的關(guān)系，以及多鐵材料中聲子色散劈裂和軟化與磁電耦合的關(guān)系。二、預(yù)期目標本項目的總體目標： 本項目圍繞 CARR 中子束平臺，充分利用即將開放的首批 5 臺中子散射譜儀，將實驗 方法學(xué)與科學(xué)問題 相結(jié)合，力爭取得一批高水平的研究成果。 依托于即將建成的 CARR 堆，大力發(fā)展亟需的中子散射實驗方法和理論分析手段，為材料的發(fā)展提供完善的中子散射研究平臺，利用 5 到 10 年的時間，使我國在凝聚態(tài)物理和材料領(lǐng)域的中子散射研究達到國際先進水平。近 5 年的主要突破方向有中子散射實驗方法關(guān)鍵技術(shù)和理論研究，凝聚態(tài)物理若干前沿基礎(chǔ)問題的中子散射研究，新材料研制的中子衍射應(yīng)用基礎(chǔ)研究，中子磁散射與新型磁性材料研究，力爭在這些方向上取得一定質(zhì)量和數(shù)量的高水平創(chuàng)新性成果。在能源材料和工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)等領(lǐng)域，在國 際上已經(jīng)成熟的中子應(yīng)力和成像實驗技術(shù)和方法的基礎(chǔ)上進行開拓創(chuàng)新，形成具有我們自己特色的相對完備的中子無損探傷技術(shù)體系， 為我國核能的快速及可持續(xù)發(fā)展、先 進材料的開發(fā)及相關(guān)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域工作提供直觀、可靠、無法替代的先進研究手段。五年預(yù)期目標: 充分利用中國原子能科學(xué)研究院中子科學(xué)平臺開展實驗研究，發(fā)展新的理論和實驗手段，取得高水平研究成果，進入國際主流 競爭行列。 預(yù)期重點目標是：1．方法學(xué)方面：建立國內(nèi)第一個中子光學(xué)組件的研發(fā)平臺。研發(fā)并為中子散射實驗提供可同時調(diào)控多個參數(shù)的極端 實驗環(huán)境；研發(fā)出一個智能化衍射實驗數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；創(chuàng)建世界第一個可靠的非隨機缺陷材料晶體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。2．基礎(chǔ)研究方面：逐步建立起一套完整的、適合研究強關(guān)聯(lián)體系中原子和自旋動態(tài)的中子散射實驗條件和 實驗方法，并有代表性地探索 LnFeAs(O,F)和(Ba, K)Fe2As2、(Lu,A)Fe2O4 和 Cd(Cr,M)2S4、LiFe1-xMxPO4 等材料中聲子、自旋波和自旋漲落的特征及其隨化學(xué)成分和外界環(huán)境的演化規(guī)律，繪制完整的電-磁-結(jié)構(gòu)相圖，初步建立鐵基超導(dǎo)材料中自旋 漲落與超導(dǎo)臨界溫度之間的關(guān)系，確定多鐵性物質(zhì)中自旋- 聲子耦合在磁 電效 應(yīng)中的作用和地位，以及化學(xué)成分和外界 環(huán)境對鋰離子電池材料的鋰離子通道的影響。 結(jié)合中子漫散射以及非線性晶體的生長和表征方法，確定非化學(xué)計 量比 鈮酸鋰晶體的正確缺陷模型，改進晶體生長技術(shù)及完善晶體性質(zhì)，以提供性 質(zhì)優(yōu) 化的實際晶體材料；基于高分辨粉末衍射裝置，完成永磁材料 R(T,X)n 、多磁交叉效 應(yīng)材料 R5(Si1-xGex)4、R(Cu1-xGax)2 和 R1-x(Sr,Ba,Ca)xMnO3、 Sr1-xTbxTi1-xMnxO3 新型多鐵材料及層狀鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)、非公度相等系列的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)的中子散射實驗測量，深入研究有序磁結(jié)構(gòu)排布與磁相變、磁熵等基本科學(xué)問題， 為新材料的探索提供理論基礎(chǔ)。研制出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的磁性功能材料, 系統(tǒng)總結(jié)材料的結(jié)構(gòu)與磁性的關(guān)系，獲得新一代磁性材料開發(fā)的技術(shù)和方法。3．工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)和方法方面：建立中子殘余應(yīng)力譜儀相關(guān)樣品環(huán)境（原位拉伸與壓縮）測量方法，完善殘余 應(yīng)力測量的功能及效率。通過對快堆堆芯材料各種應(yīng)力的測量，直接服務(wù) 于工程材料 設(shè)計， 為進口材料國產(chǎn)化處理工藝的制定提供指導(dǎo)。掌握快速實時成像的中子成像與數(shù)據(jù) 處理技術(shù)。在利用編碼中子源進行中子成像方面取得突破。發(fā)展非平行束情況下 進行中子斷層成像圖像重建的理論，建立相應(yīng)的圖像重建方法。實現(xiàn)強放射物體、兩相流和先 進材料的中子成像，為我國制定相應(yīng)的標準通 則 打下基礎(chǔ)。4．科研成果和學(xué)術(shù)地位方面：在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表科技論文 200 篇以上，在實驗方法學(xué)和工程技 術(shù)應(yīng) 用方面申請專利 30 項以上，顯著提高科研成果的數(shù)量和質(zhì)量，提高在國 際學(xué) 術(shù)界的地位和活躍程度。在若干方面取得具有國際影響力和競爭力的成果，提升我國在中子散射 領(lǐng)域的國際地位。5．隊伍建設(shè)和人才培養(yǎng)方面：在已有全國性骨干研究隊伍基礎(chǔ)上，提高隊伍的學(xué)術(shù)水平，培養(yǎng)出幾名杰出的 實驗和理論專家，形成一支具有開拓創(chuàng)新精神、具有國際競爭力、能勝任國家重大科研任 務(wù)的中子散射研究團隊。培養(yǎng)博士后 8-10 人，博士 20 余人。三、研究方案學(xué)術(shù)思路：依托 CARR 建立的粉末、單晶、三軸、 應(yīng)力、成像等手段，根據(jù)我們已有的工作基礎(chǔ)，開展中子光學(xué)關(guān) 鍵部件和特殊樣品環(huán)境的實驗方法研究，并尋找智能化和自動化中子衍射數(shù)據(jù)分析處理擬合的優(yōu)化方案。通過新型高溫超導(dǎo)、多鐵性、二次電池的中子非彈性散射研究，揭示強關(guān)聯(lián)體系中原子和自旋微觀運動與強關(guān)聯(lián)體系中奇異量子現(xiàn)象之間的關(guān)系; 研究非線性光學(xué)單晶制備過程中材料性能與缺陷的機制，尋找進一步改 進應(yīng)用性能的途徑, 為新型功能材料研發(fā)提供指導(dǎo); 對儲氫材料、 負熱膨脹 材料、磁性材料進行晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的研究，尋求晶體結(jié)構(gòu)與性能之間的密切聯(lián)系。針對能源和材料領(lǐng)域關(guān)鍵工程部件，研究應(yīng)力測量方法和中子成像機制。課題設(shè)置、技術(shù)途徑及創(chuàng)新點與特色：1. 反應(yīng)堆中子束優(yōu)化及特殊樣品環(huán)境研究 （經(jīng)費比例：18%）1) 中子光學(xué)模擬與應(yīng)用研究。自主研制聚焦中子單色器，通過單晶熱壓方法生產(chǎn)出一種具有各向異性嵌鑲結(jié)構(gòu)的鍺晶體。這種鍺晶體垂直聚焦中子單色器能提高樣品處中子強度 4－5 倍，結(jié)合二維位置靈敏探測器的使用，將縮短實驗測量時間高達數(shù)十倍。在 CARR 旁建立中子光學(xué)組件測試平臺，開展單色器、準直器、超鏡和極化器等新型中子光學(xué)組件的性能指標測試和在線調(diào)試工作。利用蒙特卡羅模擬方法預(yù)測和優(yōu)化新型中子光學(xué)組件性能。關(guān)鍵內(nèi)容是建立相應(yīng)的模塊，使 設(shè)計人員可以在 計算機上完成對整個譜儀的模擬，為將來發(fā)展中子光學(xué)組件提供新思路。2）特殊或極端環(huán)境下動態(tài)測量方法。根據(jù) CARR 已有或在建的極端環(huán)境條件：溫度、濕度、壓力、 電/磁場及各種化學(xué)環(huán)境（氬氣/ 氮氣/ 氫氣/氧氣及相應(yīng)等離子體）等，參考國際上大型 實驗中心如 HFIR、SNS、ILL 等的極端環(huán)境參數(shù)，主攻集成多種中子散射實驗條件的方法。為相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家提供多參數(shù)可控的極端實驗環(huán)境，也可提供隨時監(jiān)測化合物形成機理或自組裝過程的實驗條件。并在不同溫度、壓力和環(huán)境氣氛特殊環(huán)境下，原位表征新型儲氫材料、 負熱膨脹材料及生物大分子等系列樣品的結(jié)構(gòu)。3）大量數(shù)據(jù)采集及處理的先進方法。運用人工智能原理，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出新的自 動化/智能化結(jié)構(gòu)解析系 統(tǒng)。首先實現(xiàn)同系列實驗數(shù)據(jù)采集和精修的自動化以及結(jié)果發(fā)表自動化；然后實現(xiàn)實驗控制的遠程化/網(wǎng)絡(luò)化，進而運用人工智能原理，實現(xiàn) 初始模型產(chǎn)生自動化，最終研發(fā)出一套大量數(shù)據(jù)采集及處理的先進方法。4）非隨機缺陷材料晶體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。從納米晶材料晶體結(jié)構(gòu)分析的基本理論入手，根據(jù)所創(chuàng)立的納 米晶材料的“梯度對稱性 ”，即納米晶體在其近表面附近的一個漸變區(qū)域內(nèi)逐步失去部分或全部結(jié)構(gòu)對稱性的機理，構(gòu)建納米晶材料結(jié)構(gòu)分析的方法及應(yīng)用系統(tǒng)。通過用所建系統(tǒng)對不同非隨機缺陷材料的晶體結(jié)構(gòu)進行分析，不斷改進并最 終建成可靠的非隨機缺陷材料晶體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。2. 強關(guān)聯(lián)體系中原子與自旋動態(tài)的中子散射研究（經(jīng)費比例：16%）1　 多晶樣品制備及單晶生長。固相反應(yīng)法合成多晶材料LnFeAs(O,F) 及(Ba,K)Fe2As2、(Lu,A)Fe2O4和Cd(Cr,M) 2S4；溶膠凝膠法合成(LiFe 1-xMxPO4)多晶納米固溶體材料。利用X射線 衍射鑒定相組成、確定基本晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用助熔劑法生長LnFeAs(O,F)及(Ba, K)Fe2As2單晶，浮 驅(qū)法生長(Lu,A)Fe 2O4，化學(xué)傳遞反應(yīng)生長Cd(Cr,M) 2S4。X射 線Laue衍射判定單晶質(zhì)量與單晶取向。2　 基本物性與結(jié)構(gòu)測定。利用X射線衍射鑒定物相組成和基本晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用多種磁性、電性測量工具，如超 導(dǎo)量子干涉 儀（SQUID）、多功能磁性測量系統(tǒng)、 電磁耦合測量裝置等，確定超導(dǎo)、磁有序、鐵電等序參量的相變溫度，磁化/ 電極化強度，電阻，介電常數(shù)等。與課題3、 4緊密合作，利用高分辨中子衍射采集在不同溫度、壓力和電磁 場等外界環(huán)境下的材料的粉末衍射數(shù)據(jù)，確定材料的晶體結(jié)構(gòu)和自旋結(jié)構(gòu)，使用最大熵方法獲得Li（Fe 1-xMxPO4)實空間原子密度分布，確定不同摻雜成分對鋰離子的運動通道的影響。3　 聲子色散測量。有選擇地測量LnFeAs(O,F)、（ Ba, K）Fe2As2、(Lu,A)Fe2O4和Cd(Cr,M) 2S4的高質(zhì)量單晶樣品中聲子色散曲線。重點測量LnFeAs(O,F)、（Ba, K）Fe2As2的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度上下聲子色散的變化，以及(Lu,A)Fe 2O4和Cd(Cr,M) 2S4的磁有序溫度附近聲子色散曲線是否出現(xiàn)劈裂和軟化現(xiàn)象。4　自旋波和自旋漲落測量。有選擇地測量LnFeAs(O,F) 、（Ba, K）Fe2As2、(Lu,A）Fe2O4和Cd(Cr,M) 2S4的高質(zhì)量單晶樣 品中自旋波或自旋漲落。重點測量LnFeAs(O,F)、（Ba, K）Fe2As2超導(dǎo)體系的自旋漲落在動量空間的位置以及共振峰能量，探索其與超導(dǎo)臨界溫度的關(guān)系。3. 單晶和多晶新材料的中子衍射研究 （經(jīng)費比例：21%）1) 結(jié)合中子漫散射研究鈮酸鋰、RFe 2O4、Bi(Ti1-xTMx)O3 晶體：（1）采用多種合成技術(shù)手段實現(xiàn)各類組分結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰，RFe 2O4、Bi(Ti1-xTMx)O3 晶體的生長，應(yīng)用中子散射確定晶體的缺陷，無序，原子空間不對 稱性分布，確定各種生 長條件對晶體結(jié)構(gòu)的影響關(guān)系；（2）建立相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)和性能測試方法和設(shè)備，關(guān)聯(lián)不同組分晶體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，發(fā)展相應(yīng)的理論模型；（3）挑選性能相對優(yōu)異的晶體材料，進行合成條件的再優(yōu)化和相應(yīng)性質(zhì)的測試，確立與性能對應(yīng)的理論結(jié)構(gòu)模型。2）新型多晶材料的合成與結(jié)構(gòu)研究：根據(jù)我們在固體合成方面的工作基礎(chǔ)，采用固相反應(yīng)、溶膠- 凝膠、硼酸熔體、水熱等合成手段，利用相圖和結(jié)構(gòu)化學(xué)的原理、采用固溶體結(jié)構(gòu)調(diào)控等方法，對研究內(nèi)容中提到的化合物體系進行設(shè)計，開展合成工作；利用 X-射線衍射進行樣品的物相分析，尋找新化合物并解析結(jié)構(gòu)；對于新結(jié)構(gòu)的物相，利用中子高分辨粉末衍射儀，確認并完善結(jié)構(gòu)；針對有一定磁電性質(zhì)的體系，開展磁有序 結(jié)構(gòu)的研究。根據(jù)磁性質(zhì)隨溫度的變化情況，確定中子衍射的溫度范圍，觀察磁有序而導(dǎo)致的新的衍射峰和原有衍射峰強度的變化情況，與課題 2 和 4 的人 員合作，解析磁 結(jié)構(gòu)、電 子結(jié)構(gòu)特征。綜合晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與材料的物理化學(xué)性質(zhì)特別是磁性質(zhì)，理解二者之間的關(guān)系，為新型功能材料的設(shè)計合成提供指導(dǎo)。4．磁性材料的中子散射研究　 （經(jīng)費比例：15%）1）材料制備：采用熔煉、快淬和燒結(jié)等方法制備 R(T,X)n、R5(Si1-xGex)4、R(Cu1-xGax)2 和 R1-x(Sr,Ba)xMnO3 系列化合物，探索合適的配分和熱處理工藝。與課題 3 的研究人員合作， 獲得材料的晶體結(jié)構(gòu)，同時開展原位中子散射研究，研究不同尺度下平衡態(tài)和非平衡態(tài)的相關(guān)系，成相規(guī)律和穩(wěn)定性, 探索合成新型磁性相的制備工藝和方法。2）物理特性研究：通過物性測量等手段獲得的材料的磁學(xué)、輸運、力學(xué)和熱學(xué)等性能；結(jié)合帶有磁場和高低溫裝置的中子測量樣品的磁結(jié)構(gòu)，計算出交換常數(shù)、晶場參數(shù)、磁相圖等定量分析所必須的參數(shù)，并結(jié)合性能進行理論分析，尋找具有優(yōu)異磁性能的樣品。3）機理研究與材料的優(yōu)化設(shè)計：根據(jù)實驗結(jié)果并與第一原理理論計算相結(jié)合，重點研究稀土類化合物的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)、 電子結(jié) 構(gòu)和晶場效應(yīng)，探索其中的f 電子和 d 電 子的自身特性、相互作用及其與磁學(xué)、力學(xué)、光學(xué) 和輸運特性的關(guān)系，建立獲得優(yōu)異磁學(xué)和輸運等特性的理論模型。與課題 3 的人員合作研究磁相變、相分離和自旋玻璃現(xiàn)象等的動態(tài)過程和起源，并利用其規(guī)律來控制材料的結(jié)構(gòu)和性能。通過元素替代和間 隙原子效應(yīng)控制材料的結(jié)構(gòu)，改變材料的電子結(jié)構(gòu)，調(diào)控磁結(jié)構(gòu)和磁相互作用，開辟材料創(chuàng)新的途徑。5．中子應(yīng)力三維無損深度測量技術(shù)研究 （經(jīng)費比例：15%）1）中子應(yīng)力三維無損深度測量技術(shù)及有限元模擬方法研究。無論是殘余應(yīng)力還是承受載荷下材料的內(nèi)應(yīng)力，宏觀、微 觀應(yīng)力場都同時存在并交互作用，利用中子衍射方法實現(xiàn)各種類型應(yīng)力的三維無損深度測量。系統(tǒng)測量材料第一、第二與第三類應(yīng)力，并輔以綜合微觀力學(xué)模型的宏觀有限元分析方法，掌握準確、全面測量材料內(nèi)部各種應(yīng)力分布及其演化的規(guī)律。材料載體：航空與航天中廣泛使用的 Ti、Al 合金及 Ni 基高溫合金；廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的不銹鋼材料等。2）研究材料內(nèi)部宏觀、微觀應(yīng)力與工程部件使用過程中材料損傷的相關(guān)聯(lián)性，準確預(yù)估服役安全及使用壽命。材料的宏觀應(yīng)力、相間應(yīng)力與晶粒取向相關(guān)應(yīng)力是交互起作用的，各種復(fù)合材料（包括雙相材料）相間應(yīng)力往往是導(dǎo)致材料使用過程中主要的損傷機制。目前的微觀力學(xué)模型包括有限元方法與自相適方法給出的相間應(yīng)力分布可以相差 200-300MPa。利用中子殘余應(yīng)力譜儀測量環(huán)境及相應(yīng)的（拉伸、壓縮和控溫等）附屬設(shè)備，建立有效的數(shù)據(jù)分析處理方法。通 過中子衍射應(yīng)力原位測量技術(shù)驗證微觀力學(xué)模型、并準確給出微觀力學(xué)模型所需所有材料參數(shù)，準確預(yù)估材料服役安全及使用壽命。材料載體：航空與航天中廣泛使用的 Al 基復(fù)合材料；廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的雙相合金等。3）通過材料各種應(yīng)力（宏觀與相間應(yīng)力）的測量直接服務(wù)于材料設(shè)計，為材料處理工藝的制定提供指導(dǎo)。 快堆包殼材料、堆芯材料和蒸汽發(fā)生器傳熱管等的性能決定了堆的安全性和經(jīng)濟性，如何提高材料的安全性并降低造價是快堆實現(xiàn)進口材料國產(chǎn)化的關(guān)鍵問題。利用中子應(yīng)力譜儀成功測量材料應(yīng)力及其演化規(guī)律，準確了解材料經(jīng)不同加工工藝后內(nèi)部的應(yīng)力分布情況并加以改進，可以顯著改善材料的抗應(yīng)力腐蝕、抗輻照腫脹特性，增加材料的高溫強度并改善與冷卻劑鈉等的相容性，為材料處理工藝的制定提供有益的指導(dǎo)。材料載體包括：快堆中主要使用的奧氏體不銹鋼、鉻-鉬鋼材料等。6．中子在物質(zhì)中的衰減與中子成像研究 （經(jīng)費比例：15%）1）發(fā)展成熟的放射物體的中子成像方法，為核反應(yīng)堆燃料元件的檢測打下基礎(chǔ)。在輻 射環(huán)境下不可能使用 CCD 相機等目前普遍使用的成像技術(shù)，為發(fā)展輻射環(huán)境下有效可靠的中子成像方法，須研究利用 In 屏或 Dy 屏與 IP 板配合進行圖像轉(zhuǎn)移的技術(shù)，提高其反差靈敏度，探索在 輻射環(huán) 境下提高圖像信噪比、改 進空間分辨率的途徑。同時要建立理 論模型，改 進圖像 處理技術(shù)， 發(fā)展關(guān)鍵參數(shù)的定量測量方法。實驗研究首先使用典型 樣品建立方法為實際核燃料元件的檢測打下基礎(chǔ)。2）發(fā)展快速中子實時成像技術(shù)，建立典型的兩相流中子成像實驗裝置。通過采用圖像增強技術(shù)、高速相機、高性能 計算機、改 進 數(shù)據(jù)處理手段、降低噪聲等建立速度達到每秒 1000 幀的中子實時成像技術(shù)?？焖僦凶訉崟r成像的單幀曝光時間短、 單像素上的中子統(tǒng)計漲 落大、無法在完全相同的情況下重復(fù)成像，故 為獲得質(zhì)量較好的圖像，需要 針對不同的噪聲來源開發(fā)適合的降噪技術(shù)。通過建立典型的兩相流中子成像實驗裝置，研究兩相流流 場示蹤技術(shù)和參數(shù)的定量測量方法，探索用中子成像研究兩相流流體動力學(xué)的方法。3）發(fā)展先進材料的中子成像無損檢測的方法與技術(shù)。通過中子成像適用性的研究，得到不同材料樣品的孔隙、裂 紋、分層等缺陷的成像 規(guī)律和實際檢出能力。完善中子轉(zhuǎn)換屏和成像光學(xué)系統(tǒng)，改進中子成像的空間分辨率和反差靈敏度，提高中子成像對先進材料缺陷的探測靈敏度和判定能力。4）發(fā)展非平行束中子斷層成像的方法與技術(shù)。建立連續(xù)能譜中子穿透物質(zhì)衰減的物理數(shù)學(xué)模型，通過計 算機模擬和實驗的方法，掌握非平行束連續(xù)能譜中子穿透物質(zhì)衰減的規(guī)律，針對 束流分布情況得出點擴散函數(shù)，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的非平行束中子斷層成像的圖像重建方法，并開發(fā)實用的計算機軟件。目前國際上的中子斷層成像一般都是針對平行束的前提進行圖像重建，在非平行束的情況下尚無成熟的理論和方法，故本研究具有很 強的創(chuàng)新性。5）發(fā)展利用編碼中子源進行中子相襯成像的理論、方法與技術(shù)。擬采用改進的均勻冗余陣列編碼源進行中子相襯成像，以獲得較高的注量率提升和無噪聲的圖像重建。通過計算機模 擬和實驗的方法，探索 該編碼源的景深及評價編碼孔自準直、散射本底、編碼板半透明等主要干擾源。在此基礎(chǔ)上開發(fā)圖像重建算法并編制實用軟件；并建立樣品定位、探測器匹配等調(diào)試方法。編碼光闌技術(shù)已用于 X 射線成像，但將其用于中子成像在國際上也是 剛開始進行探索。本項目擬利用編碼光闌技術(shù)構(gòu)建編碼中子源，并探索將其用于中子相襯成像的途徑與方法，這在國際上還是首次提出?？尚行苑治觯海?）理論研究和實驗技術(shù)方面：中子散射技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的理論在上個世紀 60-70 年代得到發(fā)展，到 90 年代已經(jīng)趨于成熟。中子散射實驗技術(shù)在上個世紀 90 年代經(jīng)過一個快速發(fā)展時期。在本世紀初，隨著反應(yīng)堆和脈沖源上中子散射設(shè)備的不斷完善，中子散射理論研究和實驗技術(shù)在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，將在解決已有的科學(xué)技術(shù)問題基礎(chǔ)上不斷發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問題。（2）研究方向和研究隊伍方面：本項目所建議課題研究方向均為國際上材料科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域的熱點問題，利用先進的實驗表征技術(shù)來解決這些關(guān)鍵問題，取得重大突破是毋庸質(zhì)疑的。本項目的多數(shù)課題負責(zé)人及學(xué)術(shù)骨干有在國外學(xué)習(xí)或工作的經(jīng)驗，具有較好的實驗和理論基礎(chǔ)，已在相關(guān)研究領(lǐng)域做出不少具有原創(chuàng)性的科研成果。（3）裝備支撐和條件保障方面：本項目依托于中國原子能科學(xué)研究院，目前中國原子能科學(xué)研究院正在建造一座 60MW 的高通量先進研究堆 (CARR)，預(yù)計在2009 年完成。在堆旁建有一批中子散射設(shè)備和現(xiàn)代化的用戶綜合樓，為本項目的工作提供堅實的實驗條件保障。四、年度計劃年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標第一年1、基于蒙特卡羅計算方法，建立中子光學(xué)組件性能模擬平臺;并開展中子單色器及準直器性能的設(shè)計和優(yōu)化；調(diào)研、設(shè)計中子粉末衍射譜儀用高溫爐及樣品室；合成新型儲氫材料及負熱膨脹材料；開展衍射數(shù)據(jù)采集自動化及納米晶材料表面附近的晶體結(jié)構(gòu)模型。2、合成高品質(zhì)鋰離子電池材料Li（Fe1-xMｎxPO4) 多晶樣品，電子型多鐵性材料(Lu,A)Fe 2O4 相關(guān)化合物多晶樣品和鐵基高溫超導(dǎo)材料的多晶樣品；對 Li（Fe1-xMｎxPO4)進行電化學(xué)性質(zhì)及室溫中子衍射實驗研究，并對中子衍射數(shù)據(jù)的Ｒｉｅｔｖｅｌｄ分析和最大熵方法分析；改造用于第一性原理計算的ｃｌｕｓｔｅｒ計算機，配置并設(shè)計適用于中子散射的鐵電性質(zhì)原位測量系統(tǒng)。1、完成中子單色器及準直器模擬優(yōu)化；完成中子衍射高溫爐及樣品室的物理設(shè)計報告；合成儲氫材料及負熱膨脹材料，并完成相組成分析及晶體結(jié)構(gòu)的初步測試；實現(xiàn)衍射數(shù)據(jù)采集自動化，并初步建立納米晶材料表面附近的晶體結(jié)構(gòu)模型。2、獲取合成高質(zhì)量的多晶材料的方法；完成 cluster 機器的改造；確定鋰離子電池材料的結(jié)構(gòu)特征；發(fā)表論文8 篇以上。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標3、探索鈮酸鋰單晶的生長條件，合成并篩選硼酸鹽、鈣鈦礦等新型多晶材料；利用 X 射線衍射研究單晶和多晶樣品的晶體結(jié)構(gòu)；測試單晶樣品的非線性光學(xué)性能，以及多晶樣品的電、磁性能，分析結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并建立實驗條件-結(jié)構(gòu)-性能之間的初步關(guān)系。4、探索合適的制備工藝；采用熔煉、快淬和激光沉積等方法,制備高質(zhì)量的單相和復(fù)相穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)磁性功能材料；利用中子衍射等多種研究手段研究部分具有代表性的磁性材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)、成分和尺寸與磁性能的關(guān)系。5、調(diào)試中子殘余應(yīng)力譜儀；試制鋼、鋁等材料的標準樣品；研究并改進不同試樣的有限元分析方法；研制樣品吊裝設(shè)備，原位拉伸壓縮裝置；調(diào)研和設(shè)計樣品疲勞加載設(shè)備和應(yīng)3、獲得成分均一的近化學(xué)計量比鈮酸鋰單晶；完成 3-5 種多晶體系的相關(guān)系分析；獲得所測樣品的原子坐標和占位數(shù)等晶體結(jié)構(gòu)信息；發(fā)現(xiàn) 2-3種新結(jié)構(gòu)或具有值得關(guān)注的電、磁性質(zhì)的化合物，同時為制備適合中子衍射的單晶奠定基礎(chǔ)；發(fā)表 SCI 論文 6-8 篇。4、制備出高質(zhì)量的 R(Mn/Fe,X)n 型和 R5(Si1-xGex)4 型系列樣品；獲得部分上述材料的結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)；得到材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的初步結(jié)果；部分結(jié)果總結(jié),文章撰寫和投搞。5、完成中子應(yīng)力譜儀初期調(diào)試；試制出各種材料的標準樣品；建立可靠的有限元分析方法；完成樣品吊裝設(shè)備，原位拉伸壓縮裝置研制；完成樣品疲勞加載設(shè)備和高溫爐的初步設(shè)計報年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標力專用鏡面高溫爐。6、核燃料元件中子成像檢測裝置、快速實時中子成像裝置以及新型熱中子轉(zhuǎn)換屏的調(diào)研與初步設(shè)計；含典型缺陷的先進材料樣品的制備；非平行束連續(xù)能譜中子穿透物質(zhì)衰減規(guī)律的研究；編碼中子源成像方法的研究。告。6、完成核燃料元件中子成像檢測裝置和快速實時中子成像裝置的初步設(shè)計；提出新型熱中子轉(zhuǎn)換屏的研制方案；獲得含典型缺陷的先進材料的樣品；總結(jié)非平行束中子對各種不同材料的衰減規(guī)律；給出編碼源中子成像研究報告并編寫基本的圖像重建軟件。第二年1、研制衍射用雙聚焦鍺單色器、中子準直器、樣品室及高溫爐；對樣品特殊環(huán)境進行集成改造；儲氫材料和負熱膨脹材料的晶體結(jié)構(gòu)研究及相關(guān)物理性能測試；已知結(jié)構(gòu)樣品大量數(shù)據(jù)自動化處理研究；進一步開展納米晶材料表面附近的晶體結(jié)構(gòu)模型建立工作，并開展納米晶材料的“ 梯度對稱性”的數(shù)學(xué)描述的研究。1、完成雙聚焦鍺單色器、中子準直器、樣品室及高溫爐部件的加工，并進行組裝；完成特殊樣品環(huán)境集成改造方案;分析儲氫及負熱膨脹材料的晶體結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)已知結(jié)構(gòu)樣品大量數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動化處理；建立納米晶材料表面附近的晶體結(jié)構(gòu)模型，并提出納米晶材料的“ 梯度對稱性”的數(shù)學(xué)描述。2、確定鋰離子的運動通道及外界環(huán)年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標2、Li（Fe1-xMｎxPO4)樣品的變溫中子衍射實驗并開展該材料中離子電導(dǎo)與電子電導(dǎo)的理論分析；電子型多鐵性材料(Lu,A)Fe 2O4 的基本物性 檢測及中子衍射實驗；合成弛豫型多鐵材料 Cd(Cr,M)2S4 及相關(guān)材料的多晶樣品；鐵基高溫超導(dǎo)材料的基本物性檢測和中子衍射實驗并開展典型的超導(dǎo)材料的單晶生長。3、利用 7Li 替代天然 鋰，合成鈮酸鋰單晶；開展鈮酸鋰（ 7Li）的中子衍射測量；優(yōu)化合成適于中子衍射測量的硼酸鹽、鈣鈦礦等新型多晶樣品并開展中子衍射測量和電學(xué)、磁學(xué)性能測試工作。4、繼續(xù)進行材料結(jié)構(gòu)和材料中相的研究；尋找最佳材料制備工藝，進行高質(zhì)量的磁性材料樣品的制備；研究材料內(nèi)的缺陷、元素替代和材料成境對通道的影響；電子型多鐵性材料(Lu,A)Fe2O4 的結(jié)構(gòu)和磁結(jié) 構(gòu)特征；鐵基高溫超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)特征；獲得適合中子散射實驗的鐵基高溫超導(dǎo)材料單晶；發(fā)表論文 10 篇以上。3、獲得鈮酸鋰（ 7Li）單晶樣品及中子衍射數(shù)據(jù)分析結(jié)果；確定單晶中各原子的精確占位信息；制備出滿足中子衍射的 2-3 種硼酸鹽、 鈣鈦礦樣品，獲得其結(jié)構(gòu)和性能信息，并初步分析結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)系；發(fā)表 SCI 論文 10 篇以上。4、探索出各種制備條件對材料結(jié)構(gòu)的影響和規(guī)律；制備出大部分所需的磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料樣品；獲得大量的材料結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)；得到材料的結(jié)構(gòu)與磁性能的進一步結(jié)果；初年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標分對結(jié)構(gòu)和磁相互作用等的影響和規(guī)律；研究材料的結(jié)構(gòu)、成分和尺寸與磁性能的關(guān)系；開展理論計算,進行材料理論設(shè)計。5、設(shè)計與加工第一狹縫；研究獲取無應(yīng)力樣品 d0值的方法，并測量各種樣品 d0；制備 Ti、Al 合金及 Ni 基高溫合金、鋁基復(fù)合材料；研究樣品在加載條件下應(yīng)力分布及演化；探索不同材料疲勞過程與材料損傷機制的內(nèi)在聯(lián)系；研制出鏡面高溫爐裝置。6、核燃料元件中子成像實驗平臺的研制；快速實時中子成像及兩相流實驗裝置的調(diào)研與設(shè)計；新型熱中子轉(zhuǎn)換屏的研制；先進材料樣品的中子成像適用性研究；非平行束中子斷層成像的規(guī)律及圖像重建方法的研究；均勻冗余陣列編碼源的初步設(shè)計。步建立提高材料磁性能的模型和理論；部分結(jié)果總結(jié),文章撰寫和投搞。5、完成第一狹縫裝置的加工；初步建立起材料的無應(yīng)力晶面間距d 0的數(shù)據(jù)庫；制備出Ti、Al合金等樣品，給出相應(yīng)的實驗研究報告；研制完成高溫爐等裝置；完成階段進展報告。6、初步建成核燃料元件中子成像實驗平臺；完成快速實時中子成像裝置及兩相流實驗裝置的設(shè)計；研制出新型熱中子轉(zhuǎn)換屏；給出中子對先進材料的成像規(guī)律和實際檢出能力的研究報告；獲得點擴散函數(shù)分布的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，完成平行束中子斷層成像圖像重建算法的建立；給出編碼源的初步設(shè)計。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標第三年1、對雙聚焦鍺單色器、準直器及高溫爐進行性能測試和改進; 開展溫度與不同氣氛（氬氣、氦氣、氧氣等）的集成研究；探索儲氫材料晶體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系及負熱膨脹機理；開展未知結(jié)構(gòu)樣品衍射數(shù)據(jù)處理過程智能化及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的自動化研究；納米晶材料結(jié)構(gòu)分析的方法研究。2、弛豫型多鐵材料 Cd(Cr,M)2S4 及相關(guān)材料的基本物性檢測及中子衍射實驗；電子型多鐵材料(Lu,A)Fe2O4 及弛豫型多鐵材料 Cd(Cr,M)2S4樣品單晶生 長；鐵基超 導(dǎo)單晶中聲子色散及自旋波的中子散射測量。3、利用中子衍射技術(shù)開展鈮酸鋰單晶的晶格缺陷研究；通過中子漫散射實驗，進一步深入了解材料的缺陷1、獲得可實用的單色器、準直器及高溫爐；提供溫度與不同氣氛可調(diào)的新型集成樣品極端環(huán)境的設(shè)計方案；完成新型儲氫及負熱膨脹材料的初步研究論文；初步完成未知結(jié)構(gòu)樣品衍射數(shù)據(jù)處理過程智能化報告，并獲得數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的自動化軟件；初步獲得納米晶材料結(jié)構(gòu)分析方法。2、確定弛豫型多鐵性材料 Cd(Cr,M)2S4 的結(jié)構(gòu)和磁 結(jié)構(gòu)特征以及 鐵基高溫超導(dǎo)材料母體的自旋波特征；獲得適合中子散射實驗的多鐵材料單晶；發(fā)表論文 10 篇以上。3、以中子實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立 鈮酸鋰單晶體的缺陷模型，分析其成因及對樣品性能的影響；獲得材料缺陷動力學(xué)數(shù)據(jù)，并與理論分析相結(jié)合，年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標動力學(xué)問題；開展硼酸鹽、鈣鈦礦等多晶樣品的結(jié)構(gòu)和性能研究，同時展開各樣品的磁結(jié)構(gòu)研究。4、完成絕大部分樣品的制備；繼續(xù)進行材料結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與磁性能關(guān)系的研究；尋找具有優(yōu)異性能的永磁和磁交叉效應(yīng)新相；研究磁有序和磁化強度與結(jié)構(gòu)和相組成的關(guān)系；設(shè)計具有優(yōu)異內(nèi)稟性能的磁性材料，利用中子散射實驗等手段研究其成相的可能性和穩(wěn)定性。5、研究復(fù)合材料相間應(yīng)力與晶粒取向?qū)е虏牧蠐p傷的微觀機理；研究不同溫度條件下樣品內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布，分析溫度對應(yīng)力產(chǎn)生及發(fā)展的影響；建立線切割設(shè)備、自動研磨拋光機及金相分析儀器，完善材料加工與分析手段。為進一步工藝改進和性能優(yōu)化提供指導(dǎo)，完善 X 射線- 中子結(jié)構(gòu)分析的方法，獲得樣品晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和性能的詳細數(shù)據(jù)，及其相互影響機制；發(fā)表 SCI 論文 10 篇以上。4、得到絕大部分的磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料樣品；初步總結(jié)出材料的結(jié)構(gòu)與磁性能之間關(guān)系的規(guī)律和機制；進一步完善提高材料的磁性能的微觀和宏觀調(diào)控的模型和理論；初步摸索出提高材料性能的途徑和方向；探索出具有優(yōu)異內(nèi)稟性能的結(jié)構(gòu)和新相；部分結(jié)果總結(jié),文章撰寫和投搞。5、掌握高溫下精確測試方法，完成相關(guān)總結(jié)報告；給出溫度與應(yīng)力關(guān)系等相關(guān)研究報告；完善數(shù)據(jù)分析軟件體系和材料加工與分析手段。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標6、核燃料元件中子成像實驗平臺的調(diào)試與典型試樣的研制；快速實時中子成像裝置及兩相流實驗裝置的研制；儲氫材料在線中子照相裝置的調(diào)研和初步設(shè)計；MCP 中子探 測器的實驗研究；建立非平行束中子斷層成像的圖像重建算法，開發(fā)相應(yīng)的計算機軟件；對編碼源進行物理設(shè)計和工程設(shè)計。6、建成核燃料元件中子成像實驗平臺；建成快速實時中子成像裝置；初步建成兩相流實驗裝置；完成儲氫材料在線中子成像裝置的初步設(shè)計；得到先進材料樣品的中子成像適用性數(shù)據(jù)；使用 MCP 中子探測 器進一步提高中子成像的空間分辨率；完成非平行束中子斷層成像的圖像重建算法及相應(yīng)計算機軟件開發(fā)；完成編碼源的工程設(shè)計。第四年1、設(shè)計和優(yōu)化極化器等其它中子光學(xué)組件性能；對溫度與不同氣氛等極端樣品環(huán)境的方案進行改進和優(yōu)化；新型儲氫及負熱膨脹材料在特殊環(huán)境下結(jié)構(gòu)與性能研究；繼續(xù)對未知結(jié)構(gòu)樣品衍射數(shù)據(jù)處理過程開展智能化研究;數(shù)據(jù)采集及分析控制的遠程化/網(wǎng)絡(luò)化研究；進一步開展納米晶材料結(jié)構(gòu)分析的方法研究，并開展在其它非隨機缺陷材料的晶體結(jié)構(gòu)1、完成極化器性能的設(shè)計和優(yōu)化；實現(xiàn)溫度與不同氣氛可調(diào)的樣品環(huán)境；實現(xiàn)未知結(jié)構(gòu)樣品數(shù)據(jù)處理的自動化；完成納米晶材料結(jié)構(gòu)分析方法研究，并初步探索其他非隨機缺陷材料晶體結(jié)構(gòu)分析方法。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標分析中的應(yīng)用研究。2、鐵基超導(dǎo)單晶中自旋漲落的中子散射測量；典型 (Lu,A)Fe2O4 和Cd(Cr,M)2S4單晶中聲子色散和自旋波的中子散射測量；多鐵材料中晶格與自旋相互作用的第一性原理理論分析。3、根據(jù)測量分析結(jié)果，再次優(yōu)化鈮酸鋰單晶生長條件，使其成品率高，且材料性能優(yōu)異，開展其相關(guān)材料的單晶生長工作；以前期研究為基礎(chǔ)，深入開展新型化合物的合成工作。4、完成大部分材料結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與磁性能的關(guān)系的研究；繼續(xù)尋找具有優(yōu)異性能的永磁和磁交叉效應(yīng)新相；進一步探索獲得巨磁效應(yīng)的機理和方法；研究特殊環(huán)境下磁性功 能 材料的特性與其結(jié)構(gòu)和相組成的關(guān)系；進一步研究材料中相的特性，制備具有2、初步確定鐵基高溫超導(dǎo)與自旋漲落的關(guān)系；確定兩不同類型鐵材料中聲子和自旋波的特點以及原子間、自旋間相互作用強度；初步建立多鐵材料中晶格與自旋相互作用特征；發(fā)表論文 10 篇以上。3、可控制備出品質(zhì)優(yōu)良的鈮酸鋰單晶及相關(guān)單晶 1-2 種， 篩選出 1-3 種新化合物；發(fā)表 SCI 論文 10 篇以上。4、基本總結(jié)出材料的結(jié)構(gòu)與磁性能之間關(guān)系的規(guī)律和機制；獲得完善的提高材料磁性能的微觀和宏觀調(diào)控的模型和理論；進一步摸索出提高材料性能的途徑和方向；得到具有優(yōu)異內(nèi)稟性能的結(jié)構(gòu)和新相及具有優(yōu)異性能的磁交叉效應(yīng)材料，發(fā)現(xiàn)影響材料性能的關(guān)鍵機理；總結(jié)工作,發(fā)表文年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標高矯頑力，高飽和磁化強度的永磁相。5、設(shè)計放射性樣品測量安放裝置；綜合各種工況下不同材料內(nèi)部的應(yīng)力分布與演化規(guī)律；建立相應(yīng)的力學(xué)模型，評估材料服役安全及使用壽命；進一步完善計算分析軟件；制備快堆包殼材料和蒸汽發(fā)生器傳熱管等材料。6、核燃料元件中子成像的方法學(xué)研究；快速實時中子成像的實驗研究與方法學(xué)研究；先進材料中子成像的方法學(xué)研究；兩相流實驗裝置的調(diào)試；儲氫材料在線中子成像裝置的研制；非平行束中子斷層成像的實驗研究；進行編碼源的實驗測量，檢驗?zāi)M結(jié)果及圖像重建程序。章 10 篇以上。5、完成放射性樣品測量安放裝置的設(shè)計；完成評估材料性能的研究報告；完善數(shù)據(jù)分析軟件；制得快堆包殼材料和蒸汽發(fā)生器傳熱管材料。6、完成核燃料元件典型試樣的中子成像檢測；測試快速實時中子成像裝置的性能；建立先進材料的中子成像方法；建成兩相流實驗裝置；完成儲氫材料的在線中子裝置的研制；完成非平行束中子斷層成像；完成使用編碼源的中子成像初步實驗。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標第五年1、在前四年工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上， 對設(shè)計和優(yōu)化中子光學(xué)組件性能的模擬平臺進行改進;開展多參數(shù)可調(diào)的極端樣品環(huán)境研究；進一步開展數(shù)據(jù)的采集及分析控制的遠程化/網(wǎng)絡(luò)化研究；進一步開展其它非隨機缺陷材料的晶體結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用研究；完成項目歸檔工作。2、原位測量外磁場對超導(dǎo)材料中自旋漲落的影響；原位測量外磁場、外電場對多鐵材料晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)、聲子色散和自旋波的影響；利用第一性原理綜合分析原子和自旋動態(tài)與物性的關(guān)系，并嘗試合成新型多鐵性材料；完成項目歸檔工作。3、完成樣品的中子衍射、漫散射以及性能測量工作；總結(jié)所有樣品的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和性能分析結(jié)果；撰1、建設(shè)出中子光學(xué)組件設(shè)計平臺；實現(xiàn)多參數(shù)可調(diào)的極端樣品環(huán)境；獲得一套智能化衍射實驗數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；得到一套可靠的非隨機缺陷材料晶體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)；完成 01 課題的結(jié)題報告。2、確定鐵基高溫超導(dǎo)材料的完整相圖；確定磁場、電場對多鐵性材料的相互調(diào)控關(guān)系；揭示 d 電子的電荷、自旋和軌道及晶格等多重自由度之間的相互競爭與協(xié)作的關(guān)系；得到１－２中新的具有多鐵性能的化合物；發(fā)表論文 10 篇以上；完成 02 課題總結(jié)報告。3、獲得全套中子測量和性能測試數(shù)據(jù)；掌握所研究樣品的結(jié)構(gòu)和性能的影響機制；指導(dǎo)進一步的材料設(shè)計；年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標寫技術(shù)報告、樣品制備的最終優(yōu)化方案；完成項目歸檔工作。4、對得到的結(jié)果進行系統(tǒng)總結(jié)，改善材料磁性能和磁交叉效應(yīng)的微觀和宏觀調(diào)控的模型和理論；探索新一代磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料開發(fā)的技術(shù)和方法；對具有開發(fā)價值的磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料進行初步的開發(fā)研究，為未來的進一步研究指明方向；完成項目歸檔工作。5、測量包殼材料和蒸汽發(fā)生器傳熱管材料的內(nèi)部應(yīng)力，分析應(yīng)力分布與制備工藝參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，為工藝改進提供理論參考；完成放射性樣品測量安放裝置，并調(diào)研放射性樣品測試方案；綜合實驗結(jié)果與實際工況，為相應(yīng)的快堆材料國產(chǎn)化提供有益指導(dǎo)；完成項目歸檔工作。6、完善放射性物體的中子成像方法提交總體技術(shù)報告一份，樣品制備的優(yōu)化方案一份；全面實現(xiàn)本項目研究的預(yù)期目標；發(fā)表 SCI 論文 10 篇以上；完成 03 課題總結(jié)報告。4、得到系統(tǒng)、完整的相關(guān)理論；獲得新一代磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料開發(fā)的技術(shù)和方法；并開發(fā)出我國有自主知識產(chǎn)權(quán)的具有重要應(yīng)用價值的新一代磁性材料和磁交叉效應(yīng)材料；總結(jié)工作,撰寫和申請專利,發(fā)表文章 10 篇以上；完成 04 課題結(jié)題報告。5、完成快堆相關(guān)材料的實驗測量，給出分析結(jié)果；匯總實驗結(jié)果，提供改進工藝的報告；完成放射性樣品測量安放裝置一套；給出相關(guān)測試方法調(diào)研報告；綜合分析實驗數(shù)據(jù)，為相應(yīng)材料國產(chǎn)化提出指導(dǎo)；完成05課題結(jié)題報告。年度研究內(nèi)容 預(yù)期目標學(xué)；研究兩相流參數(shù)的定量測量方法，開展典型兩相流的實驗研究；開展儲氫材料的在線中子成像研究；提高中子成像對先進材料缺陷的探測靈敏度；非平行束中子斷層成像的研究與改進；對影響圖像重建的因素進行實測，修正重建程序；完成項目歸檔工作。6、完善放射性物體的中子成像的方法，實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的定量測量；實現(xiàn)用中子成像方法研究兩相流流體動力學(xué)的技術(shù)。實現(xiàn)儲氫材料典型樣品的在線中子成像；完善先進材料中子成像方法；完善非平行束中子斷層成像的技術(shù)；獲得較為成熟的使用編碼源進行中子成像的圖像重建程序；完成 06 課題結(jié)題報告。