NEDO从事创新结构材料等研发项目，在该项目中，NEDO与新结构材料技术研究会（ISMA）成员的米乐m6官方网站共同开发了一种紧凑型中子分析装置，用于对运输设备的结构材料和零部件进行无损分析。
该设备使用高穿透性中子束作为分析辐射，可以对传统 X 射线无法穿透的厘米厚金属部件内部的晶体信息进行非破坏性分析。此外，由于设备体积小，可小规模运行，易于灵活应对工业用户对样品尺寸和设备使用时间的要求，这将促进高品质结构材料和零件的开发以及运输设备轻量化的推广。
我们将继续改进该装置的性能，包括稳定中子束和提高探测器的灵敏度，目标是在2020财年全面运行。通过将该装置建立为结构材料和零件开发的高性能无损分析方法，我们将为减轻运输设备重量的进步做出贡献。
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| 图1 所开发的紧凑型中子分析装置概述 |
减轻汽车等运输设备的重量被定位为一项重要的技术发展，直接导致促进节能和减少二氧化碳排放。最近，人们努力通过使用各种轻质材料（多重材料化）建造运输设备来减轻整体重量。在这种情况下，由于每种材料的物理特性不同，因此组装部件的坚固性很重要。为了评估其健全性，需要能够通过无损检测来分析晶体变形等变化。
新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的穿透力比X射线更高中子束※1,创新结构材料研发业务※29193_9371布拉格边缘成像法※3（图2））。作为该项目的一部分，新结构材料技术研究会（ISMA）成员的米乐m6官方网站（AIST）于2017年开始在AIST筑波中心（茨城县筑波市）开发规模为10至20米的相对小型中子分析装置，用于对结构材料和交通设备部件进行无损分析。
现在，我们在世界上首次开发了一种专门用于布拉格边缘成像方法的小型设备合作机构※4一起在短时间内开发出来，并成功测量了包含晶体信息的第一中子产生和透射谱。可以以二维图像的形式非破坏性地观察金属等部件和材料内部的大范围（目前为10cm见方）的晶体结构信息（晶相、应变等）。由于尺寸小，所以在使用时专用，可以自由设定条件，通过小规模操作，可以灵活地应对工业用户对设备使用时间等的要求。我们还拥有可容纳各种样品尺寸的样品室，考虑到汽车部件。这些努力将导致高品质结构材料和零件的开发以及轻量化运输设备的推广。
该设备的详细信息将于 2020 年 1 月 29 日至 1 月 31 日在东京有明国际展览中心（东京都江东区）举行的“nano tech 2020 第 19 届国际纳米技术展览与技术大会”的 NEDO 展位上进行介绍。我们还计划在 2019 年创新结构材料研发成果会议上进行说明，该会议将于2 月 28 日，伊野大厅及会议中心（东京千代田区）。
(1)布拉格边缘成像法
作为利用中子的分析方法，该项目采用了一种称为布拉格边缘成像法（见图2）的新方法来获取样品晶体结构的信息。 2017年，我们开始开发专门用于该方法的紧凑型中子分析仪，其中包括中子生成和晶体信息。布拉格边缘谱※5。这种布拉格边缘光谱是在二维探测器的每个像素处测量的，每个像素的晶体信息被转换成图像，称为布拉格边缘成像。这次的测量结果是整个样品的布拉格边缘光谱，但未来的全面运行将实现布拉格边缘成像测量。
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| 图2 布拉格边缘成像方法概念图 |
(2)高强度电子加速器的设计与开发
此设备是电子加速器※6，由中子源和测量束线组成（图 1）。电子加速器产生并加速电子束，中子源将该电子束转换成中子束，并且测量束线执行布拉格边缘成像测量。
为了获得针对布拉格边缘成像方法优化的中子束，我们设计开发了一种高输出电子加速器，可以轻松实现强度和中子能量（波长）分辨率，电子加速能量高达40兆电子伏，电子束输出高达约10千瓦。
(3)中子束强度强、中子能量分辨率高
中子源使用由电子束照射的重金属靶产生的高能中子束。中子慢化剂※7产生可用于布拉格边缘成像方法的低能中子束（热中子束）（图 3）。我们优化了慢化剂的材料和尺寸，以实现中子束强度和高能量（波长）分辨率。除了（2）之外，我们还实现了小型装置的高中子束强度和接近大型装置的高中子能量分辨率。
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| 图3低能中子束产生方法概念图 |
(4) 产生适合材料分析的中子束
我们已经证实，可以使用聚乙烯产生适合材料分析（亚纳米左右）波长的低能中子束（热中子束），并且可以轻松用作中子慢化剂（图 4 中的黑线）。此外，我们成功测量了10毫米厚的铁板样品的布拉格边缘光谱（图4中的红线），并确认了反映内部晶体结构的光谱（例如晶面110、200和211处的反射）。
此外，如果使用固体甲烷作为中子慢化剂，将有可能产生更适合金属材料布拉格边缘成像方法的波长范围（大约03至05纳米）的强中子束，我们目前正在为此做准备。
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| 图4 该装置产生的中子的波长谱 |
(5)样本空间大
中子测量束线具有约 4 米宽、2 米高、5 米深的样品空间，可测量大型汽车零部件。通过使用二维探测器（目前为10cm见方，空间分辨率约为1mm），可以将材料内部的各种特性（微晶尺寸、晶体结构的畸变、晶体取向等晶体信息）以图像信息形式无损地观察到。
NEDO、ISMA 和 AIST 将继续推进汽车零部件和其他材料的无损分析，同时稳定中子束并提高探测器的灵敏度和分辨率。此外，由于中子对氢具有很高的检测能力，因此该装置未来不仅可以用于分析粘合剂中的水分渗透，还可以利用相对较大的样本空间对汽车零部件的完整性进行无损分析。我们的目标是创建一个易于工业用户使用的系统，例如为产品开发提供用户友好的内部材料信息可视化，以及根据用户要求提供设备使用时间。