“中子照相”设备与武王墩文物

　　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，而是位于合肥未来大科学城的“夸父”园区。

　　在这里，等待它们的是一台依托“人造太阳”技术打造的“中子照相”设备——这台设备能“照”见文物内部结构，探寻2000多年前铸造的“秘密”。

　　穿越2000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。这是“人造太阳”的“光束”首次用于“检测”古人的铸造工艺。

　　千年青铜器做“中子照相”

　　在“夸父”园区的一处实验室内，一台占地12平方米的方箱型设备，宛如一个“超级相机”，工作人员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——这件釜是从武王墩墓出土的文物。

　　给千年青铜器做“中子照相”，就像人体“拍CT”。

　　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，我们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”，五六分钟的时间，文物就完成了“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，藏着古人的铸造智慧。

　　“陆续有十多件文物完成‘中子照相’，我们打算对所有青铜器应做尽做、能做尽做。这是我们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。武王墩墓的墓葬形制、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，开展横向及纵向的比对研究。

　　“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是来源于大国重器——“人造太阳”EAST。

　　能源研究院相关负责人洪兵向记者展示了一台高约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，现在我们已经完成了全链路的自主研发。”

　　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。

　　实际研发远不像解释原理这么简单。

　　“从‘人造太阳’到‘中子照相’，我们的研究历时4年。这些高精尖技术不只是服务于核聚变，还要‘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，团队攻克的核心问题是——如何在低源强的情况下获得高分辨率，简单而言就是让设备“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2×10^10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0.2毫米。

　　“X射线、γ射线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2000年“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。

　　“我们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2000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了合肥的实验室。

　　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，已经具备了应用的条件。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，“把文物带来合肥，可以当天来、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2000年前的文物也在促进着现代技术的迭代。洪兵介绍，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”，它们将为研究战国时期楚国青铜器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。

　　·合肥日报-合新闻记者 张玉莲 李静 田星星 文/摄·