具有改進性能和功能的新型復合材料的開發和使用,是解決現代重大工程挑戰的關鍵要求。在某些情況下,由研究堆或散裂中子源提供的中子成為研究材料的獨特探測手段。
了解材料對于解決衛生、能源、國家安全和環境等領域的一系列新的社會學和技術需求至關重要。這反過來要求掌握各種實驗和計算技術來揭示和優化材料性能。
中子束技術已經相當成熟,且已成為詳細表征許多重要新材料及其處理過程中原子和磁性結構和動力學行為的關鍵技術。這大大提高了對諸如凝聚態物理與化學、納米技術、高分子科學、生命科學、可持續能源研究、傳感器和智能材料、生物技術、工程和考古學等領域的認識。
中子與物質有兩種相互作用,使得中子散射成為材料研究的獨特探測手段:即由于中子磁矩而產生的短程強核相互作用和電磁相互作用。由于中子沒有凈電荷,所以它們能穿透大塊材料,使得金屬物體對于中子透射基本上是透明的。
在許多其他工程功能中,熱中子在復雜結構中定位氫原子和氧原子等輕原子、解決復雜磁性系統中磁矩的排列以及評估機械部件中的殘余應力分布等方面起著至關重要的作用。這種應用的典型介質包括儲氫材料、電解質和電池材料,以及磁性薄膜。同位素替代效應可用來識別諸如聚合物或生物分子中氫原子的精確位置。