客户挑战
中子科学为在原子级别研究材料的结构和动力学 提供了绝佳的方式。橡树岭国家实验室拥有 散裂中子源（SNS）和高通量同位素反应堆 ，两大全球领先的中子分散研究设备。SNS 是与美国能源部六个实验室合作建立的 基于加速器的中子源。橡树岭国家实验室的 SNS 设施能够生成全球先进的基于强流脉冲加速器 的中子束，用于科学研究和行业研发。
这些中子束通过使用大型加速器中的高能质子轰击汞目标生成。 质子在一个被称为分散的过程中，刺激汞原子核 释放中子，形成中子束线， 导入研究设备中。SNS 拥有 18 条中子束线，可容纳 24 个 工具系统，每个都可以为多个科学领域带来研究成果。
2004 年，田纳西大学诺克斯维尔分校材料科学和工程系 获得了 NSF-MRI 项目的资金， 以为 SNS 的 VULCAN 衍射仪研发原位加载系统。
VULCAN 于 2009 年 6 月 26 日启动，是全球领先的工程衍射仪， 设计来解决材料科学和工程诸多问题， 诸如结构部件应力映射、复杂载荷条件下的原位变形、 合成与制备中的瞬时性态、 多长度相变动力学等。该系统包括 一个中子导管、一个重型采样工作台、一个多轴载荷框架和 一排特殊探测器。VULCAN 项目主要资金来源于 加拿大创新基金， 建设资金来源于能源部能源效率和可再生能源办公室。王循理博士为首席科学家， Amy Black 为首席工程师，负责设备的整体设计和建设。
NSF-MRI 奖彰显了 VULCAN 通过提供特有载荷框架 ，实现复杂力学测试的能力。当使用载荷框架向 暴露在中子束中的材料样件施加载荷时，研究人员 将使用特殊探测器观察样件的衍射图谱变化 。通过这些参数，研究人员可以从 实时、原位、三维和原子层面深入了解失效机制。
田纳西大学项目主研究员 Peter Liaw 博士表示，“虽然这项技术听起来非常尖端， 但系统中的载荷框架对其在 材料表征上的成功应用至关重要 。由于中子束处于固定位置，载荷框架及其控制系统必须异常精准，以便在施加特定扭矩、拉力和压力时，保持样件位于中子束中间。而且这一切都必须在高辐射、高活化的环境中进行。常规的载荷框架显然无法完成。”
王循理博士补充道，“载荷框架系统必须足够轻便，以方便从垂向切换为水平，同时还需要足够刚性，以在高应变低周疲劳测试中，最小化样件屈曲。为实现这一能力所面临的工程方面的挑战无疑是巨大的。”
MTS 解决方案
为了应对研发 多轴载荷框架的挑战，VULCAN 研发团队基于两个主要原因 选择与 MTS 合作：经验 和定制化能力。
VULCAN 项目 ORNL 首席工程师 Amy Black 表示， “我们采购的主要标准包括 合作伙伴有出色能力理解并创造性地解决 各种力学测试难题 。 MTS 很显然 在这方面是佼佼者， 多年的成功经历也印证了这一点。”
王博士补充道，“ ORNL 其他地方也在使用 MTS 测试系统， 这些团队的反馈 都非常的积极。”
到 2010 年 6 月，VULCAN 衍射仪将全面运行， 全球领先的 多轴 MTS 载荷框架 将作为其安装的 功能和视觉核心运转。该设备前所未有的 高级工具， 可实现超高速原位 体积材料载荷研究， 包括在亚秒级别 完成动力学行为研究的能力。
原位研究包括 超高温和低温操作环境下 的温度分配、 纹理变化和应力发展和下降 。VULCAN 系统还可加快 膨胀测定法、重量和 显微结构的同时表征， 可在任意时间及时实现材料原子状态 的高准确度和细节描述。
客户收益
Liaw 博士表示，“ VULCAN 衍射仪 极大地推动了材料科学知识的进步， 这将有无限的潜在用途。当诸多 全新、人类不熟悉的材料被研发出来， 用于解决能源相关等全球紧急的问题时， 其能力将实现巨大价值。”
Black 表示，“我们现在处于行业的领先地位，在 VULCAN 研发期间，我们的每一步都是在实现新的突破。MTS 是全球仅有的几家可以创造性地应对此类工程挑战的公司。我们与 UT 和 MTS 的合作为我们在诸多领域积累了经验和专业技能，我们的合作成果——史无前例的多轴载荷框架，将进一步补充并推动 SNS VULCAN 工程衍射仪的成就。”
