3DXRD技术原理示意图。图片来源：《自然·通讯》杂志
科技日报讯 （记者刘霞）美国密歇根大学研究团队在最新一期《自然·通讯》杂志发表论文称，他们成功研制出实验室级3DXRD系统，首次在常规实验环境下实现X射线三维衍射技术（3DXRD），并成功解析了金属、陶瓷等材料的微观结构。这项突破使原本依赖粒子加速器的尖端技术“飞入寻常实验室”，为材料科学研究开辟了新途径。
3DXRD技术是通过多角度X射线照射，构建出物体的三维图像。其独特之处在于，将毫米级材料样品“沐浴”在超强X射线束中旋转，光束强度达到医用X射线的百万倍量级。如此高强度的照射，能清晰呈现多晶材料（构成金属、陶瓷等物质的微观晶体）的精细结构，揭示材料承受机械应力时的奥秘。比如，通过观察承重钢梁样本的晶体变化，就能了解建筑物结构老化的微观机制。
然而，过去这项技术只能依托同步加速器来实现。这种粒子加速器能让电子释放高强度X射线。但目前全球仅有70余台同步加速器，可谓“一机难求”。科研团队不仅需要竞争立项，还要经历半年到两年的排队等待，且最终实验时间往往不超过6天。
为让3DXRD技术惠及更多研究者，团队开发出实验室级的3DXRD系统。传统设备受限于固态金属阳极的熔点，而新技术采用液态金属喷射阳极，既避免了熔化风险，又大幅提升了X射线输出强度。
为验证系统可靠性，团队让新型实验室级3DXRD、同步加速器3DXRD和实验室衍射断层扫描技术“同台竞技”，同时检测钛合金样品。结果显示，实验室级3DXRD准确识别了96%的晶体结构，尤其对60微米以上的大晶体解析效果卓越。
团队表示，未来配备更高灵敏度探测器后，将能捕捉更细微的晶体特征。这项突破不仅让科学家能随时开展预实验，更打破了同步加速器6天的时限枷锁，对于研究材料在反复应力作用下的长期演变（如数千次循环载荷测试）具有革命性意义。
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