中國又獲技術突破:用中子照相檢測航空發(fā)動機葉片 什么是中子照相(技術)？

• 2018年12月28日 WuYaNan來源：鳳凰軍事 222 6
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據(jù)中國科學院官網(wǎng)報道，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院核能安全技術所研究團隊基于強流氘氚中子源科學裝置HINEG，與哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合開展了航空發(fā)動機渦輪葉片殘芯中子照相試驗研究，成功檢測出了葉片內(nèi)部的微量殘芯，為航空發(fā)動機渦輪葉片的制造檢測工藝提供了重要支

據(jù)中國科學院官網(wǎng)報道，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院核能安全技術所研究團隊基于強流氘氚中子源科學裝置HINEG，與哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合開展了航空發(fā)動機渦輪葉片殘芯中子照相試驗研究，成功檢測出了葉片內(nèi)部的微量殘芯，為航空發(fā)動機渦輪葉片的制造檢測工藝提供了重要支撐。

渦輪葉片是航空發(fā)動機產(chǎn)生推力的關鍵部件，葉片熔模鑄造過程中殘留的陶瓷型芯會降低其冷卻性能，甚至阻塞冷卻通道，導致葉片過熱損壞，從而嚴重影響發(fā)動機安全。因此，發(fā)動機葉片內(nèi)部殘芯的檢測極為重要。此次，對航空發(fā)動機葉片內(nèi)部的殘芯的檢測就是利用基于強流氘氚中子源裝置HINEG的中子照相技術。

強流氘氚中子源裝置HINEG是什么，中子照相技術是什么?

簡單來說，中子照相是一門技術，它是利用中子穿透物質(zhì)從而檢測物質(zhì)結構性質(zhì)。而要實現(xiàn)這門技術就必須提供穩(wěn)定的中子，這里強流氘氚中子源裝置HINEG就是提供中子的中子源。

強流氘氚中子源裝置HINEG(中子源)

強流氘氚中子源裝置HINEG是一種產(chǎn)生強流中子束的設備，是在2018年1月由中科院核安全技術研究所FDS鳳麟核能團隊成功研發(fā)的。其產(chǎn)生的中子源強度在現(xiàn)行同類裝置中排名第一。中子靶是裝置HINEG的核心系統(tǒng)之一，強流離子加速器產(chǎn)生高功率氘離子束轟擊含有氚的中心靶，在中心靶上發(fā)生氘氚核變反應產(chǎn)生中子。為了產(chǎn)生強流的中子束，中心靶需要承受高功率離子束的轟擊，帶來靶上高強熱流散出難題。此時，HINEG中子靶承受的熱流密度是太陽表面熱流密度的3倍。如果散熱問題解決不好，靶溫度迅速升高，其內(nèi)含有的氚會快速釋放，就無法實現(xiàn)中子的持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生。靶溫升高過快時，甚至會出現(xiàn)瞬間被熔穿燒毀的情形。為了解決該問題，F(xiàn)DS鳳麟核能團隊發(fā)明了陣列射流耦合強剪切場的高效散熱技術，成功實現(xiàn)了高效散熱，使裝置HINEG實現(xiàn)中子的持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生。

中子照相(技術)

中子照相監(jiān)測技術是利用發(fā)射散角很小的均勻的準直中子束垂直穿透需要檢測的物體來進行檢測的方法。由于中子不帶電荷，因此在穿透物體時，與原子核外圍的電子不發(fā)生電子庫倫力的作用，中子可以輕易的穿過電子層，直接擊中原子核發(fā)生核反應，如：吸收反應、裂變反應或散射反應等。這種反應越強烈，中子強度減弱得越多，使得穿透的中子束的強度發(fā)生相應的減弱。這種減弱強度大小與物體內(nèi)部單位體積內(nèi)的核素性質(zhì)、核素種類以及原子核的密度有關，同時也與被穿透物體的厚度有關。因此穿透中子束的強度變化受到物質(zhì)內(nèi)部結構的影響，如果我們對這種強度變化可以用圖像檢測器加以記錄和顯示，此時圖像的信息可以反映物質(zhì)內(nèi)部核素，密度和厚度的變化，即實現(xiàn)中子照相。

中子照相技術具有很多獨特的特征和功能。

一般情況下，普通金屬與中子的核反應的截面都比較小，而大多數(shù)輕材料是碳氫化合物，其中的氫原子對中子具有較大的散射截面，從而使中子的穿透強度大為減弱。因此，當需要檢測重金屬內(nèi)輕質(zhì)材料的分布狀態(tài)時，中子照相檢測可以達到比較高的靈敏度。這是X射線照相檢測無法比擬的。如：中子照相技術可以清晰的顯示出彈殼內(nèi)裝藥量的多少，而X射線照相無法做到。

對于原子核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素來說，雖然它們的物理和化學性質(zhì)略有區(qū)別，但內(nèi)部結構區(qū)別很大，如：鋰—6和鋰—7、鈾—235和鈾—238，它們兩兩之間互為同位素，但是核反應的截面積卻相差百倍，所以此時我們就可以利用中子照相技術很容易區(qū)別鋰—6和鋰—7、鈾—235和鈾—238。

對于放射性物質(zhì)進行X射線照相時，物體自身放出的射線可以直接在X射線膠片上感光，造成嚴重的干擾“云霧”使透視圖片“強滅”，使得檢測工作無法實現(xiàn)。而中子照相技術采用對中子反應截面較大的半衰期稍長的轉換屏來記錄中子圖像，從而將各種射線消除掉，實現(xiàn)中子透視圖像顯示。如：燃燒后期的核燃料元件，其放射性及其強大，如果要檢測它的內(nèi)部缺陷和燃耗情況，只有中子射線照相才能進行無損檢驗。

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