【ID07-工程材料线站】
负责人：杨一鸣（yangym@ihep.ac.cn）
试用课题（PILOT proposal）联系人：
杨一鸣（yangym@ihep.ac.cn），成像，衍射，3DXRD
王佳怡（wangjy@ihep.ac.cn），SAXS，WAXS
程 虎（hucheng@ihep.ac.cn），衍射，深度分辨衍射
樊龙龙（fanll@ihep.ac.cn），PDF，衍射
王友康（wangyk@ihep.ac.cn），衍射，DAXM
【束线描述】
工程材料线站利用高亮度的高能X射线并集成多种现场原位样品环境，为材料合成、制造加工、工件成型、疲劳失效、服役安全、缺陷修复、寿命评估等各个环节提供微观、介观乃至宏观结构上的多模态实时表征，建立微观结构与宏观性能间的联系规律，为我国工业界和科学界的用户提供一个在真实工况下研究大尺度工件的跨尺度、多模态表征平台。
线站功能以X射线衍、散射为核心，兼顾成像、对分布函数（Pair Distribution Function，PDF）、三维X射线衍射衬度层析术（Three-Dimensional X-Ray Diffraction，3DXRD）、微分孔径X射线显微术（Differential Aperture X-ray Microscopy，DAXM）等实验方法，利用高能X射线并结合微区分析等技术，深入探究样品内部的结构信息，同时具有一定的时间分辨能力（ms量级），适合开展各类原位在线实验。
• 航空航天新材料
• 工程部件残余应力
• 低碳/能源材料
• 高性能复合材料
【束线性能】
工程材料线站于2025年10月14日完成验收，全部指标均达到或优于设计指标，具体的指标信息如下：
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类别 |
名称 |
设计指标 |
验收指标 |
测试结果 |
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系统 |
能量范围 |
50~170 keV |
45.45 ~172.18 keV |
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能量分辨率 |
ΔE/E<1×10-3
@100 keV |
ΔE/E<2×10-3
@100 keV |
9.77×10-4 |
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光子通量* |
>2×1012phs/s
@100 keV@200 mA |
>5×1011phs/s
@100 keV@100 mA |
2.04×1012phs/s
@100 keV @200 mA |
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实验站 |
聚焦光斑尺寸
（FWHM） |
5×5 μm2@100 keV |
20×10 μm2@80 keV |
2.87×0.97 μm2@100 keV |
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散射矢量q范围 |
0.03~10 Å-1 |
0.018 ~ 25 Å-1 |
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时间分辨率 |
10 ms |
2 ms |
【实验方法】
• High-Energy X-Ray Diffraction (HEXRD)
• Pair Distribution Function (PDF)
• Small-Angle X-Ray Scattering (SAXS)
• Wide-Angle X-Ray Scattering (WAXS)
• Absorption/Phase Contrast Imaging
• Tomography
• Three-Dimensional X-Ray Diffraction (3DXRD)
【束线布局】
工程材料线站的光学布局如下图所示：
【实验站配置】
工程材料线站实验区采用“一线两站”设计，针对不同样品和实验方法分为材料化学实验站与材料工程实验站。
EH1材料化学实验棚屋：聚焦X射线散射实验方法。
EH2材料工程实验棚屋：聚焦X射线衍射和成像实验方法。
【线站设备Equipment Availability】
【样品环境Sample Environments】
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材料化学样品台 |
负载 |
150 kg |
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行程 |
x, y: ±15 mm；
qx,qy: ± 5°；Rz: 360°
X: 200 mm；Z: ±50 mm；Y: 1000 mm |
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材料工程综合样品台 |
负载 |
400 kg |
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行程 |
x, y: ±180 mm；z: ±100 mm
qx,qy: ± 15°；qz: ± 20°；Rz: 360°
X: 200 mm；Z: 200 mm |
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材料工程重载样品台 |
负载 |
1.5 t |
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行程 |
x, y: ±180 mm；z: ±100 mm；
qx,qy: ±15°；qz: ±20° |
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原位力学试验机 |
拉伸/压缩最大载荷 |
20 kN |
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扭转最大载荷 |
100 Nm |
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拉伸轴同步旋转 |
>360° |
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温度环境 |
-150~350℃
室温~1200℃ |
【探测器Detectors】
工程材料线站配备有以下类型的探测器：
【样品设备Sample Preparation 】
配有台式钻床、打磨除尘工作台、箱式电阻炉等设备，帮助用户对样品进行钻孔，打磨和热处理等操作。
工程材料线站可开展高能X射线衍射、散射和成像实验。得益于高能X射线强穿透性，钢铁等金属材料衍/散射实验的样品厚度一般为1~2 mm。对于厘米级厚度工程部件，通过螺旋狭缝限定衍射体积亦可开展高能X射线衍射实验。受限于光斑尺寸，CT实验样品直径需在1 mm以下。
使用线站配备的原位拉伸设备，请与线站工作人员联系获取拉伸试样尺寸。用户自备原位设备，请提前与线站负责人（杨一鸣，yangym@ihep.ac.cn）确认实验空间以及需用到的设备和水电气等技术要求。
【常用附件Accessories】
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探测器机械臂 |
6自由度，臂展2 m机械臂用于大范围移动探测器完成衍射、散射或多方法联用测试 |
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同轴激光系统 |
与X射线直通光同轴，且可切入/切出光路的准直激光用于标记测试位置 |
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样品光学定位系统 |
X射线衍射实验中对样品进行精确定位，保证应变测量精度 |
【配套实验室Support Labs】
线站拥有配套实验室，协助用户进行实验前的样品准备和设备安装调试。配有洁净间，光学平台，设备存放架等实验和存储控件，拥有样品加工设备，稳压恒流电源，电池充放电测试设备，配有游标卡尺、光学转接件、扳手等各类测量和安装工具。
【数据收集与处理Data Acquisition】
数据采集和数据处理系统
线站将提供Mamba采集系统 和 数据处理系统 两大界面。
用户可使HEPS派发的用户账号统一登录Mamba系统。采集界面提供采集设置区、探测器设置区、图像显示区、图像简单处理pipeline设置区。用户在采集设置区自定义实验所需的采集plan和sequence，在探测器设置区选择适用的探测器参数，在图像显示区实时观察测试数据，在图像处理区选择自由组合已提供的简单图像处理pipeline。
数据处理界面提供pipeline构建区和图像显示区。用户在pipeline构建区可自定义所需的衍散射及成像实验方法的数据处理工作流，在图像显示区实时查看数据处理结果。
为满足特殊需求，预计还将提供纯代码操作的采集与处理模式，用户可自由选择。
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