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尽管几十年来科学家一直致力于对材料在各领域所起作用进行研究，如发电、国防和医疗应用等领域，但辐射效应是如何影响材料特性这一问题依旧是个未知之谜。美国麻省理工学院（MIT）的研究人员正在开发一种新技术，可监测暴露于辐射环境中的材料微结构演变和降解过程。 在实时检测暴露于辐射环境中材料的机械和热传输性能变化——该特性决定了材料可安全应用于工程系统中的寿命——实验过程中面临着一大挑战，就是这种变化的发生过程相对缓慢。美国麻省理工学院的研究人员提供了一个可检测辐射环境中材料特性变化的持续监测的动态方案，可获得材料微结构演变的实时动态信息。 主要研究成员Cody Dennett表示：“在麻省理工学院的中等规模核材料实验室，我们一直在开发一种名为瞬态光栅光谱（TGS）的改进型技术，该技术对材料的热传输和弹性性能变化均十分敏感。” 图为系统光学结构示意图  新型光学结构 Dennett补充道：“要实现利用该方法监测材料的动态变化，我们首先要开发和测试一种新型光学系统，其对于材料特性的监测可以达到时间分辨率的水平。”瞬态光栅光谱技术基于激光诱导与材料表面周期性激励的监测。 瞬态光栅技术 通过在样本材料表面施加一个固定波长的脉冲激光，我们可以诱导材料激励，这些激励在不同系统中的表现形式不同，但我们在金属材料表面观测到的主要是表面声波的形式，这种方法即为瞬态光栅技术。 Dennett表示：“这些激励的震荡和衰减特性与材料的热传导性能和弹性性能直接相关。我们可以将物质的自身激励作为探测激光的衍射光栅来监测材料的激励特性。具体来说，我们可以检测探测激光的一级衍射，因为其强度和振幅直接反映了材料的激励振幅和强度。” 由于研究人员检测到的信号非常弱，因此需要参考光束对其进行空间放大，这一过程被称为外差放大。 附加激光路径 Dennett表示：“最完整的测量过程是收集多组（不同光程差）信号与参考震荡之间形成的外差相位数据以消除系统噪声。因此，我们在系统中增加了一个紧凑的附加探测激光路径，并通过此方式实现多组外差相位的同时测量。” 这使得研究人员进行完整的测量只取决于系统的重复性、检测频率和期望的信噪比。 研究团队的该方法被被称为双重外差相位采集瞬态光栅光谱（DH-TGS）法。麻省理工的研究人员坚信这是一个巨大的进步，因为该方法可用于材料系统的动态监测。 Dennett表示：“我们的技术对材料的弹性性能和热传输性能比较敏感，因此可以但应出待监测的材料系统的微观结构变化。” 应用 由于DH-TGS法是一种无损的材料诊断方法，Dennett坚信很多系统都将利用该方法实现对微观结构的动态监测。Dennett表示：“我们对于材料的辐射损伤尤其感兴趣，当该方法也将应用于其他应用中，如研究低温对于材料相位变化的影响等。” 下一步研究计划 该研究小组的下一步研究计划是构建一个粒子加速器的模型，用以观测材料暴露在粒子加速器中的材料特性变化。
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