在材料科學領域，了解材料在現實條件下的內部行為一直是開發新材料和推動創新技術市場化的關鍵。中子成像作為一種獨特而強大的技術，無需改變或破壞樣品即可研究材料的內部結構和行為，為核材料和技術的發展提供了重要見解。

中子成像技術利用中子的獨特性質，與原子核相互作用，能夠輕松穿透致密、重的材料，同時對氫等較輕的元素保持極高的靈敏度。這種深度穿透性、對輕元素的靈敏度和能量依賴性相互作用的結合，使中子成為研究核系統中材料的獨特工具。無論是在高溫下進行現場測量，還是分析需要厚屏蔽的輻照樣品，中子都能提供獨特的見解，對于增進我們對核材料的理解至關重要。

光束線科學家 Sven Vogel 將高放射性輻照后核燃料樣品安裝到盧漢中心飛行路徑 4 (HIPPO) 上的樣品室中。樣品室配備了一個機械臂，能夠在來自散裂靶的脈沖熱中子束內精確定位和定向樣品。這種先進的裝置可以同時進行中子衍射和布拉格邊緣成像，使研究人員能夠在受控條件下分析輻照核燃料的結構和微觀結構特性。(圖片：LANL)

近年來，中子成像技術的進步顯著擴展了其功能，使研究人員能夠以前所未有的清晰度可視化材料的內部結構和動態。這些進步將中子成像從定性方法轉變為精確的定量工具，允許高分辨率映射微觀結構和同位素分布，即使在高溫極端條件下或在輻照后環境中也是如此。這種理解水平對于確保下一代反應堆的安全性、效率和壽命至關重要。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANSCE)在這一領域具有獨特優勢。該實驗室擁有世界一流的質子加速器，配備兩個中子散裂源用戶設施：Lujan中心和武器中子研究(WNR)設施。這些散裂源由短質子脈沖驅動，是實現先進中子成像技術的關鍵。通過了解中子產生的確切時間，并使用在檢測到中子時進行時間標記的先進成像探測器，研究人員可以根據飛行時間技術進行能量分辨中子成像，逐像素提取詳細的同位素或微觀結構信息。

在LANSCE，中子成像通過多條飛行路徑進行，每條飛行路徑都針對特定的研究需求量身定制。Lujan中心的飛行路徑11(ASTERIX)專門從事冷中子成像，擅長探測給定材料中的輕元素和精細結構細節。此外，飛行路徑5(ERNI)和飛行路徑4(HIPPO)提供先進的熱中子成像和超熱中子成像功能，支持中子共振成像(NRI)和布拉格邊緣成像(BEI)等技術，擅長測量材料中的同位素和微觀結構分布。WNR設施的飛行路徑60-R則針對MeV中子成像進行了優化，為穿透致密材料提供了獨特優勢，適合用于核廢料檢查的技術開發。

中子成像技術在核能領域的應用正在不斷擴大。它不僅能夠研究核材料的材料特性、同位素組成和熱物理特性，還能為模擬和最終的核反應堆許可提供所需的可靠數據。隨著下一代核反應堆設計越來越接近許可和部署，對更深入地了解對其成功至關重要的材料的需求正在迅速增長。中子成像技術正是滿足這一需求的關鍵工具之一。

為了推動中子成像技術在核能領域的應用，LANSCE正在積極建立一個以中子成像為中心的強大社區。該實驗室每年早春都會發出提案征集，邀請世界各地的研究人員提交關于在Lujan中心或WNR設施的光束線上進行測量的想法。此外，LANSCE還是核科學用戶設施(NSUF)的合作伙伴，為研究人員提供專門用于對輻照后材料進行中子散射實驗的資金。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究員亞歷山大·朗和Sven Vogel是中子成像技術領域的專家。他們致力于開發先進的中子成像技術，以研究下一代核反應堆材料的特性，并推動中子成像技術在核能領域的應用。如需更多信息或討論潛在想法，他們鼓勵研究人員直接聯系LANSCE網站上的飛行路徑科學家。