技术简述

中子衍射测应力的基本原理与X 射线衍射法类似。当波长为的中子束通过晶体材料样品时，对应晶面间距d 在满足布拉格关系 （ = 2d sin ）的位置即出现衍射峰。常波长模式下，不同类型内应力引起相应衍射峰不同的峰形变化（偏移或宽化）。典型地，第I类内应力（也称宏观应力）作用导致晶面间距的变化（∆d），从而引起相应衍射峰的峰位偏移（∆ ）。因此，可以根据衍射峰角度的变化可确定弹性应变值。在飞行时间模式下，布拉格角 保持不变，此时根据波长变化确定应变。根据测得的应变，基于一定的假设用广义胡克定律进一步计算相应的应力项。

技术优势

中子应力扫描的技术优势主要来自于中子探针对大多数材料的无损深穿透性。因此，可满足工程部件整体测试的要求，适合测试大体积形状不规则材料或构件的三维应力分布。以测量对象高强度Al合金为例，已有工作基于中子应力分析技术测试了其内部残余应力分布，测量深度达到约20(长)、7(宽)、5(高) cm。另外，中子衍射可提供近立方的规范体积（有利于复杂外型构件的测试并提供三维应力信息）、合适且可调的空间分辨(mm量级)，从而可较系统、准确地测得残余应力分布，并适合用于检验有限元计算结果。相较而言，采用同步辐射X射线时，规范体积为狭长菱形(类似钻石)，不利于测试复杂外型构件，也不易实现整套应力组元(三维)测试。

装置情况

目前，世界范围内的中子源预计超过40个，谱仪设备总量超过400台。其中，面向工程材料领域、用于应力测试分析的谱仪达到20多台。常波模式的谱仪代表有法国劳厄·朗之万研究所的SALSA与美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的SMARTS。飞行时间模式的谱仪代表有英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的ENGIN-X。SALSA、SMART与ENGIN-X谱仪的样品台最大承重依次达到0.7、1.5与1吨。 根据已投入使用谱仪的用户应用统计，对中子衍射应力分析谱仪，其中90%以上的应用面向工程材料领域。鉴于中子衍射应力分析谱仪在工程应用中的必要性，世界各国未来计划建设的先进散裂中子源仍然为其预留了束流位置。

国内装置

国内三家中子源中，中国原子能科学研究院的研究堆与中国工程物理研究院的绵阳研究堆已基本建成。其中，中国工程物理研究院建成的中子衍射应力谱仪（见下图）率先投入正常运行，其主要技术指标为：分辨率为Δ / = 0.18%，可用中子波长为0.89 Å - 2.82 Å，样品台最大承重为500 kg，使用二维位置灵敏探测器（空间分辨为垂直1.72 mm，水平1.8 mm；灵敏区域为200 mm×200 mm）。除了面向工程部件残余应力的检测，通过结合原位环境设备与测角仪等，这台谱仪还具有面向材料科学基础研究的原位实验能力与织构测量功能。目前，该谱仪已正常运行上千小时。