科學家們正在利用中子束來幫助保護美國海軍的核潛艇，這些潛艇在地球上最極端的壓力和溫度條件下運行。核潛艇是美國國家安全的重要組成部分，經常潛入超過 800 英尺（約 244 米）的海洋深處，在那裡外部壓力超過每平方英尺 50,000 磅。在這樣的深度下，即使是潛艇鋼壳和焊接接頭中的微小缺陷也可能對艇員的安全及船隻的長期結構完整性構成嚴重風險。
為了更好地理解先進海軍合金中的焊接應力，美國海軍、電船公司（Electric Boat）以及康奈爾大學（University of Connecticut）與能源部奧克里奇國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）的科學家合作。美國海軍的核潛艇可以達到長達 200 碼（約 183 米），由約 100 英尺的大型鋼板組成。這些鋼板使用高度控制的手動和機器人焊接技術連接在一起。儘管有嚴格的質量控制，延展性下降裂紋（ductility dip cracking, DDC）仍然是一個持續存在的問題。這種情況可能在焊接金屬冷卻和固化過程中發生，形成微小的裂縫，隨著時間的推移可能慢慢增長並削弱焊接接頭。
一種由 70% 銅和 30% 鎳組成的先進合金在海軍應用中廣泛使用，然而，這種材料中的 DDC 仍然是全球潛艇製造商面臨的一個重大問題。為了解決這個問題，研究小組在奧克里奇國家實驗室的高通量同位素反應堆（High Flux Isotope Reactor, HFIR）使用中子散射技術進行研究。與 X 射線不同，中子能深入厚金屬而不會損壞它們。研究小組利用中子衍射測量了由內部應力引起的原子晶格間距變化。同時，中子射線成像揭示了焊接中的密度變化和隱藏的內部特徵。
康奈爾大學材料科學與工程助理教授 Lesley Frame 博士指出：「我們的研究是首次考慮 DDC 的非微結構方面，包括由焊接過程中的熱量引起的殘餘應力或內部變形。」Frame 解釋道，HFIR 的中子直接來自反應堆，能量相同，產量龐大，使測量的速度大大加快，通常只需幾小時而不是幾週。Matt Caruso，Frame 研究小組的博士生及研究員表示，焊接是一個動態過程，這使得焊後應力映射變得更為實際。
研究小組檢查了合金內的原子間距，利用 HIDRA 的衍射數據來發現殘餘應力如何扭曲材料的晶體平面。Frame 在新聞稿中表示：「我們正在嘗試無損地繪製焊接材料中的應力圖。」她補充說，這些中子實驗與布魯克海文國家實驗室的 X 射線測試相輔相成，提供了更完整的物理機制理解。Caruso 指出：「我們的研究將增進對延展性下降裂紋的理解，並提供幫助減少其發生的解決方案。」這將有助於為海軍提供更安全的艦艇。
