美國科學家已對世界上最強大的中子源——散裂中子源（SNS）進行升級，該設施現在能夠進行更快的實驗、測試更小的樣本並收集更清晰的數據。SNS 是位於田納西州橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的加速器基礎中子源設施，提供世界上最強烈的脈衝中子束。SNS 線性加速器（linac）是世界上最強大的脈衝質子加速器，現在正在朝著 2.8 兆瓦（MW）的目標邁進，這是其最初質子功率的兩倍。
此次功率提升來自於質子功率升級項目，該項目也與第二靶站（STS）的開發相關。升級已經加快了第一靶站（FTS）的研究速度。ORNL 團隊指出，增強的中子束允許中子散射實驗更快且更精確地完成，並改善了對小樣本的數據收集。
散裂中子源的升級提升了實驗效率和數據質量
中子散射是一種強大的方法，用於研究材料在原子和納米級別的結構和行為，利用中子束進行研究。這對於先進電池、量子材料、超導體和藥品的開發至關重要。與 X 射線不同，中子特別適合檢測氫原子並高精度測量其數量，這為研究複雜材料和化學過程開闢了新的機遇。ORNL 中子科學部門的副實驗室主任 Jon Taylor 強調了 SNS 的重要性。他表示：「完成的質子功率升級確保 SNS 將繼續成為世界上最強大的質子加速器，以支持未來在材料和生命科學方面的發現。」
隨著升級的完成，某些曾經需要數天甚至數周的束流時間的實驗現在可以在一到十二小時內完成，這將幫助 ORNL 團隊更好地處理和分析實驗結果。此外，增強的中子束還將改善數據質量，因為團隊現在可以在實驗中旋轉樣本，而不是依賴靜態材料快照。這將創造出詳細的慢動作「影片」，實時捕捉原子和分子變化。根據團隊的説法，這還包括不同物質狀態之間的相變化。
研究人員能夠在極端條件下進行創新實驗
同時，研究人員現在可以在更極端的條件下進行實驗，例如磁場、極端温度和強壓環境。ORNL 的儀器科學家 Christina Hoffmann 博士表示：「我們現在能夠研究一些新穎且令人興奮的材料，這些材料在以前的實驗中過於微小而無法使用。」Hoffmann 指出，之前的中子實驗依賴於大型晶體，而這些晶體可能需要數周或數月才能生長。升級後的 SNS 能夠研究小至 X 射線衍射實驗中使用的樣本，大小約為 100 毫米乘 200 毫米，這接近人眼可見的範圍。
此外，此次升級還擴大了該設施的「郵寄實驗」計劃。領導 SEQUOIA 儀器的科學家 Matthew Stone 博士在新聞稿中表示：「我們已經能夠將郵寄能力擴展到 SNS 的九個儀器。」他總結道：「增加的質子功率確實對我們回應科學提案的能力產生了重大影響。」該線性加速器將為第二靶站提供動力，該靶站旨在提供世界上最明亮的冷中子，以研究日益複雜的材料。
項目 規格 功率 2.8 兆瓦 中子束強度 增強 樣本大小 約 100 × 200 微米
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