中子不带电、能量低、有磁矩、穿透性强、无破坏性，可分辨轻元素、同位素和近邻元素。中子散射技术不仅可研究物质的晶体结构，还可给出物质磁结构的信息；不仅可探索物质静态微观结构，还可用于观测物质动力学变化过程；不仅可完成特殊样品环境下的实时原位实验测量，还可严格验证物理假设并建立新的理论模型。中子散射已广泛地应用到物理、化学、材料、生物、地质、能源、医疗卫生和环境保护等众多研究领域。中子散射技术的发展水平和应用程度已经成为衡量一个国家科技综合实力的主要标志之一。
中国原子能科学研究院是我国最早开展中子散射技术应用的单位，早在上世纪50年代末就建成了我国第一个重水研究堆（HWRR），并建造出我国第一台中子衍射谱仪。到上世纪80年代初，中国原子能科学研究院和中科院物理所合作，依托HWRR建成了拥有6台中子散射谱仪的热中子散射实验室，在凝聚态物理、磁学和材料科学等方面做出一批创新性工作。但是后期由于国家投入较少和推广不足,导致我国在该领域的发展相对落后。随着国际中子科学研究装置的迅猛发展以及国内需求的日渐增强，我国政府认识到发展中子散射技术的重要意义。目前，由中国原子能科学研究院建造功率达60MW的中国先进研究堆（CARR）已建成，中子散射设备已陆续对国内外用户开放，这为我们迎头赶上世界水平提供了新的契机。
一、项目概况
2009年，“中国先进研究堆中子束应用关键技术及若干科学问题”（项目编号：2010CB833100）获得国家973计划立项批复。项目由中国原子能科学研究院、北京大学、中科院物理所、山东大学和中国科学院大学共同承担，中国原子能科学研究院陈东风研究员担任首席科学家。项目的研究内容涵盖物理、化学、材料和工程等领域，拟解决以下三方面的关键科学问题：（A）中子散射关键技术方法研究；（B）新型功能材料结构和性质关系的中子散射研究；（C）工程部件应力分布和中子成像的方法学研究。
二、主要成果
1 突破聚焦、单色和准直等多项中子散射关键技术
1)首次揭示了常规中子传输系统和聚焦中子传输系统中子空间分布不均匀的本质原因，并提出有效解决方案；首次建立描述经传输系统传输后中子角分布的理论公式和方法，该研究成果为聚焦中子传输系统的优化设计和应用提供了重要的理论依据。
2) 国内首次成功研制锗垂直聚焦单色器、双聚焦硅单色器和金属膜中子准直器，为提高中子散射谱仪的强度和分辨提供必要保证。
3）国内首次成功研制中子散射专用高温样品环境装置，经测试其最高温度可达
4）国际首次使用纳米氮化硼成功制备热中子闪烁体转换屏，研究了纳米级中子吸收材料的颗粒度对发光强度的影响，研制的新型B基热中子屏的性能已接近商业化6LiF屏的性能。
5)中子成像方法方面，在国际上首次系统地进行了编码源中子成像研究，并在国际上首先实现了小型加速器上的编码源中子成像。非平行束中子CT在算法中直接考虑了中子束流及中子与样品作用的特性，并成功进行了重建，这为将来中子CT重建质量的进一步提高打下了基础。
2 建立了先进的中子束无损检测技术体系
1)针对常见工业部件，成功研制了中子残余应力谱仪，建立并完善了中子残余应力和织构测试分析方法;开展了石油传输管道异种钢焊接部位深层应力分布研究，填补了深层三维无损应力的空白数据，验证了理论模型的优劣，为焊接管道的质量、安全、寿命评估提供必不可少的技术支撑。
2)基于国内首台中子织构测试实验平台，建立锆合金材料中子衍射织构测量的实验方法和数据分析方法,在国际上首次开展沿包壳材料径向测量的织构梯度研究，揭示锆合金包壳管的织构演化机理。
3)发展了放射性核燃料元件中子成像无损定量检测技术，成功开展压水堆核燃料元件缺陷、包壳氢聚和芯块元素富集度的定量测量方法研究，将为保障反应堆安全运行以及开展高燃耗下核燃料元件的性能研究提供重要手段。
4）在国内首次研制快速中子照相成像系统，成功开展动态两相流空隙率的测试与分析，为建立精确预测流型现象提供依据；成功开展燃料电池及锂离子电池的动态成像，为先进能源电池的改进和发展提供指导。
3 建立起先进功能材料的中子散射研究方法
1)在铁基超导方面，发现BaFe2-xNixAs2体系中，存在非共度的反铁磁序，该反铁磁序随着掺杂而消失的现象属于一级相变，表明最佳掺杂附近不存在量子临界点。利用中子散射在铁基超导体FeSexTe1-x中首次观察到沙漏型激发谱，为理解该体系复杂的自旋涨落现象提供支持。
2)锂离子电池材料方面，研发了一种含氮元素掺杂碳包覆Li4Ti5O12负极材料的技术，改性后的材料显示了突出的循环性与倍率特性；发现Li2MnO3电化学脱锂后，锂离子从Li层和过渡金属层同时非均匀脱出。
3）确定了水热法合成的KBe2BO
4)重新确定了BiFeO3的晶体结构及磁结构，解决了一直以来BiFeO3的晶体结构与磁结构之间存在的矛盾，也解决了BiFeO3的晶体结构与穆斯堡尔谱数据和固体核磁数据之间存在的分歧。
5)在复合氧化合物及硼酸盐体系得到了6种类型40多个新化合物；解析了这些化合物的结构，分析了其性质。得到了一系列新型的化合物RE3Sb
4研制出具有高性能的磁性功能材料，获得新一代磁性材料开发的技术和方法
1)成功获得实现高性能的物理机制，制备的各向异性Sm2Fe17Nx和Nd(Fe,M)12Nx永磁材料磁粉的磁能积分别达到43MGOe和22MGOe，为国际领先水平。
2)首次提出了实现织构型无稀土Mn基纳米永磁材料的原理和方法，并获得强的磁晶各向异性和反常矫顽力温度系数的磁性材料，在280度的矫顽力达到2.6T，为该温度材料的最高值。
3）发展了不依赖重稀土元素Dy而仅仅通过低熔点Pr-Cu合金扩散提高磁粉矫顽力及其温度特性的方法，实现磁耦合强度的调控，大大提高各种Nd-Fe-B磁粉的矫顽力性能，节省Dy稀土资源。
4)利用稀土R-Fe-N材料具有双各向异性场且有高饱和磁化强度优点，成功突破了Snoek 极限，获得了新型R-Fe-N高频微波吸收材料。
项目执行期间，共发表论文共计309篇，其中SCI收录252篇；申请专利54项，其中已授权发明专利26项；软件著作权1项，编制中子照相国家标准2项。获国家自然科学奖二等奖一项。本项目培养了一批具有高水平的中子散射用户团队，成长出一批国际知名专家。高性能中子源与高水平用户队伍的紧密结合，将推动我国中子散射研究的发展壮大，使我国中子散射研究在世界科技竞争中占有一席之地。
项目主持人简介
陈东风，男，1968年生，研究员,博士生导师, CARR 中子散射工程项目负责人,中国原子能科学研究院核物理所所长, 中国物理学会中子散射专业委员会副主任委员，亚大区中子散射执行委员，国际中子辐射学会执行委员，中国无损检测学会应力测试专业委员会常委，《原子能科学技术》编委。2000年开始负责中子散射工程谱仪的建设，目前负责工程总资产已达五亿，工程项目进展顺利。在工程建设过程中, 在国内外建立了广泛的合作关系,针对工程未来应用的需要, 开展了多项基础研究方面的工作。在国内外共发表文章和会议报告130余篇。
