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中子照相设备为武王墩文物“照相”

  穿越两千年，战国时期的炉火与今日的聚变“光束”，在武王墩的青铜器上“相遇”了。

  这段时间，武王墩墓出土的一件件青铜器，正被陆续送到合肥。它们的目的地不是博物院，也不是文物科技保护中心，而是位于未来大科学城的“夸父”园区。

  在这里等待他们的，是一台依托“人造太阳”技术打造的“中子照相”设备，能“照”见文物内部结构，探寻两千多年前铸造的“秘密”。

  “人造太阳”的“光束”就这样首次用于“检测”古人的铸造技术，两个不同时代的“先进生产力”相遇，会带给我们怎样的惊喜？

  武王墩文物来“照相”

  在“夸父”园区的一处实验室内，一台占地12平方米的“立方体”，宛如一个“超级相机”。工作人员们小心翼翼地将一件斑驳古朴的青铜釜，移至中子成像无损检测设备上———这件釜是武王墩墓出土的文物。

  给千年青铜器做“中子照相”，原理和人体CT扫描异曲同工。

  这项由合肥综合性国家科学中心能源研究院（以下简称“能源研究院”）研发的无损检测技术，能帮助考古团队零损伤窥探古文物的内部肌理。

  “通过透视，可以了解战国时期楚国青铜器的铸造工艺。”武王墩考古队队员李凤翔说。

  没有剧烈的反应，没有“闪光灯”，五六分钟，文物就完成拍照。

  经过系统处理的检测图像，将与人类的CT报告一样，以黑白灰三个层次勾勒出器物的完整结构。

  穿透铜器表层，内部的拼接工艺、铜壁厚度、嵌合结构清晰浮现，深浅不一的影像细节，藏着古人不曾言说的铸造智慧。

  “陆续有十多件文物完成‘中子照相’，我们打算将所有青铜器应做尽做、能做尽做。这是我们对武王墩墓文物第一次开展规模性的高精度工业无损检测。”李凤翔说。

  坐落于安徽淮南的武王墩墓，是迄今为止经科学发掘的规模最大、等级最高、结构最复杂的楚墓。武王墩的墓葬形制、营建工艺、出土文物，代表了楚文化的最高成就，对进一步研究楚文化具有重要价值。

  李凤翔介绍，在本轮数据提取、图像采集之后，考古人员将进一步分析武王墩墓青铜器的工艺特色，开展横向及纵向比对研究。

  “照相”技术来自“人造太阳”

  让人意想不到的是，这一“中子照相”设备依托的中子发生技术，来源于大国重器——“人造太阳”EAST。

  能源研究院相关负责人洪兵向记者展示一台高约1.5米的中子发生器，这是“中子照相”的核心设备：“‘人造太阳’本质上是一个巨型‘中子源’，我们依托核聚变的技术基底，把巨大的‘人造太阳’微缩成这样一台‘中子发生器’，成为‘中子照相’的核心部件，现在，我们已经完成全链路的自主研发。”

  该“中子照相”利用氘氘核聚变产生中子，与“人造太阳”产生中子的技术路径同源。

  “设备发射的中子束能够穿透金属，经过不同结构时，会出现中子强度衰减，最终形成深浅不一的‘影子’，投射在一面‘投影屏’上。”洪兵通俗地介绍“中子照相”的实现原理。

  实际研发远不像这个解释这么简单。

  “从‘人造太阳’到‘中子照相’，我们已经走了4年。这些高精尖技术不只能服务于核聚变，我们现在就是要‘沿途下蛋’，推动技术实现产业化应用，服务各行各业。”洪兵说。

  4年时间，团队在攻克的核心问题——如何在低源强的情况下获得高分辨率，简而言之，就是让设备既“不费眼”又能“看得清”。

  “我们目前采用热中子成像技术，每秒可产生2乘以10^10个中子。”能源研究院中子应用技术中心副主任孟献才介绍，设备的空间分辨率可达0.2mm。

  “当然X射线、γ射线也是工业检测上常用的。但是穿透厚层金属，需要6兆伏的X射线，这种级别的装备造价要达到千万元级别。而中子凭借自己的物理特性，对金属有较好的穿透性，使用大约0.025eV的热中子，就能看清楚金属内部。”孟献才介绍。

  “业内不缺中子成像，缺的是小型、可移动的中子成像设备，各方的研究都还处在实验室阶段。我们现在经过多轮迭代，完成了工程样机研制，氘氘中子发生器强度达到业内领先。”洪兵说。

  能源研究院团队希望这一可移动中子成像设备能够被搬出实验室、搬进工厂，为实际生产服务。

  跨越两千年的“首次携手”

  武王墩墓文物检测项目，是能源研究院团队接手的第一个考古项目。

  “此前做的大多是现代工业产品检测，比如航空发动机涡轮叶片残芯的无损检测。”洪兵说。

  现代“人造太阳”的前沿技术，与两千年前文明的相遇，源于一次偶然。

  在去年的一次展会上，能源研究院与武王墩考古队两支团队相识。

  “我们有技术，他们有需要。”洪兵语气自然。相遇不久，一件出自武王墩墓的青铜鼎，便率先走进合肥的实验室。

  偶然的背后是技术的积累。

  经过多年攻关，这项从“人造太阳”延伸出来的技术，已经具备应用条件。恰好，武王墩考古队正在寻找精细的无损检测手段。

  从淮南的田家庵到合肥的三十岗，90公里、1小时车程，地缘的相近，也让这场“相遇”更在情理之中。

  “上海博物馆的X射线CT在业内是知名的，但相比之下距离远，文物‘出差’流程繁琐。”李凤翔说，把文物带到相距90公里的合肥，清晨迎着薄雾来，傍晚就能回到淮南，“当天来、当天送检、当天回，文物不过夜，流程上方便许多。”

  在现代技术“照亮”武王墩墓青铜器的同时，来自两千年前的文物，也在促进现代技术的迭代。

  “容纳不了体积太大的文物，边缘特别厚的青铜器，我们的穿透力也不够。”洪兵说，现在团队正进一步迭代设备，在热中子成像技术上研制快中子成像，用定制化开发匹配不同场景。

  检测结束后，李凤翔小心翼翼地将一件件青铜器打包带回淮南，下一次送检，又将提上日程。跟随文物一起带回去的还有一张张“中子照片”，它们将为研究战国楚国青铜铸造工艺提供新的数据，进一步揭开武王墩文物铸造的秘密。