多功能中子成像仪(VENUS)定于明年秋天为用户提供光束时间，它穿上ORNL的绿色，象征着整个ORNL的科学家和研究人员的参与。资料来源:Sumner Brown Gibbs/ORNL，美国能源部
美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)为其在散裂中子源(Spallation neutron Source)的发现中心增加了一台新的中子散射仪器，为通过人工智能进行中子成像开辟了新的领域。7月，美国能源部科学办公室批准了多功能中子成像仪器(VENUS)的最终调试。
“这是梦想成真，”ORNL中子散射科学家Hassina Bilheux说。“能和这么多有才华的人一起工作是我的荣幸。”
由于其尖端的功能和世界上最强烈的脉冲中子束，维纳斯将有助于改变多个科学领域的研究。其中包括更好的电池的能量储存，更高效的建筑材料的材料科学，抗旱植物的植物生理学等等。VENUS将提供高分辨率3D成像，增强对比度，对原子尺度的结构细节敏感，从而推动科学发展。此外，由于有中子，金星不会改变研究人员带到ORNL进行研究的极其脆弱的材料。
ORNL中子散射科学家Hassina Bilheux指着金星内部的设备。资料来源:Sumner Brown Gibbs/ORNL，美国能源部
此外，金星将采用先进的计算方法，以充分利用中子束时间。在实验过程中，VENUS的仪器科学家和用户将使用人工智能从飞行时间原始数据中生成样品的3D模型，大大减少了测量量。实验人员不再需要等待数天甚至数周的时间，才能从多张x光片上获得样品的3D模型，或者内部形态的图像，研究团队将在实验结束时得到他们想要的东西。
Bilheux说:“VENUS提供了广泛的能力，可以从许多科学领域获得独特的对比。”“在人工智能的帮助下，研究人员可以在实验结束后立即获得3D数据。”
VENUS还为美国在中子成像领域的发展中发挥领导作用提供了一个平台。
ORNL中子科学理事会副实验室主任Jens Dilling说:“我们很高兴能为全球用户社区提供这种独一无二的能力。”“考虑到我们作为一个国家和世界各地面临的一些挑战，科学和实现这一目标的人才，就像在维纳斯这里一样，可能是我们最大的希望。”
前往金星的旅程始于2006年，当时Bilheux设想了一个想法，即创建一个中子散射仪器，该仪器具有增强的成像对比度，用于在原子尺度上研究晶体和非晶态样品而不会损坏它们。举个例子，在ORNL的高通量同位素反应堆(High Flux Isotope Reactor，简称HFIR)火星光束线上的仪器科学家的协助下，NASA的一名研究人员利用中子研究阿波罗任务中极其脆弱的月球岩石。美国宇航局和火星小组一起制作了高分辨率的岩石虚拟渲染图，以补充后来在金星上的测量结果。未来，金星将帮助研究人员了解岩石中的矿物质含量，以寻找早期行星形成的线索，以及我们可能在月球上找到水的地方。
没有其他的研究技术可以无损地产生这样的三维结果，并提供精确的原子结构信息。中子之所以能做到这一点，是因为它们很容易穿过材料而不会损坏材料。中子成像科学家可以探测厚的样品，生成3D图像，并根据中子如何散射或从原子上反弹，建立更完整的材料微观模型。
ORNL的Hassina Bilheux站在工作人员的名字前，这些工作人员参与了散裂中子源的最新增加，金星。资料来源:Sumner Brown Gibbs/ORNL，美国能源部
近年来，随着先进算法的发展，人工智能与ORNL的光束线结合的努力开始了，这些算法可以智能、自主、快速地获取数据。ORNL的SNAP中子成像束线团队与布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源II和普渡大学的x射线束线团队合作，在自然出版集团的科学报告中发表了他们的最新成果，提供了形成VENUS人工智能基础的算法。
Bilheux说:“我们非常感谢与x射线同事在这个人工智能项目上的合作。”“这种合作关系有助于为高质量的研究成果奠定基础，我们预计这将改变材料科学的游戏规则。”
ORNL还成立了VENUS咨询委员会，自建设项目开始以来一直参与其中。VENUS的实际建设始于2019年，持续到大流行时期，于2023年底进入最后阶段，并接近完成，计划从2025年下半年开始提供用户波束时间。
Bilheux说:“创造这样一个复杂的仪器需要一个村庄，我们整个ORNL团队都非常敬业，我非常感谢并为此感到自豪。”“现在‘她’已经准备好了——是时候来尝试新事物，挑战乐器的极限了。”
SNS和HFIR是美国能源部科学办公室的用户设施。
UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息，请访问energy.gov/science。——萨姆纳·布朗·吉布斯
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希望本篇文章《金星推出基于人工智能的原子级3D成像技术新突破》能对你有所帮助！
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