近日，中国科学院高能物理研究所陈洁团队，联合故宫博物院文保科技部雷勇团队及扬州博物馆文保修复部王子尧团队，依托中国散裂中子源(CSNS)能量分辨成像谱仪(ERNI)，采用中子三维成像技术，成功对一件腐蚀严重的汉代铁质书刀实现无损表征，精准解析其内部结构与腐蚀程度，系统揭示了汉代铁质书刀的制作工艺与保存现状。该研究成果正式发表于国际期刊《Journal of Applied Crystallography》，并被选为2026年4月杂志封面(2026年第59卷，第477-482页)。
本次研究对象为一件典型的汉代铁质书刀，由于长期埋藏于地下，器物已发生严重矿化，形成了由铁基体、致密锈蚀层、刀鞘等有机残留物及土壤附着物构成的复杂复合体。对于这类病害严重、结构脆弱的金属-有机复合文物，如何在不破坏其完整性的前提下，精准“透视”内部结构与腐蚀状况，是文物保护科学领域长期面临的技术瓶颈。
相较于传统检测技术，中子成像技术在这类文物表征中展现出不可替代的独特优势。中子穿透能力强，同时对氢、锂、硼等轻元素具有极高的灵敏度，汉代书刀的铁腐蚀产物含有氢元素，中子能够清晰区分锈蚀区域与完好铁基体，实现腐蚀细节的精准识别。
研究团队通过中子三维成像技术，清晰识别出刀体锈蚀区域的空间分布与严重程度，成功分割并可视化呈现出刃部微观裂纹的复杂网络，这一发现为判断文物是否发生脆化、制定科学的加固保护方案提供了关键依据。更具价值的是，中子成像成功捕捉到刀鞘残余的层状结构，经成分与结构分析，推测为古代复合材质(推测为织物或木质)刀鞘矿化后的残留痕迹。同时，研究团队精准测量了刃部加固结构的几何特征，为推断汉代铁器的制作工艺以及器物后续的修复和保护提供了宝贵的科学数据。
此次汉代书刀的研究成果是中国散裂中子源深度赋能“文化遗产”的一次成功实践。随着CSNS二期工程的推进，加速器打靶束流功率将进一步提升、谱仪性能将持续优化，未来，中子技术将进一步拓展应用场景，为中国乃至世界范围内的文物保护与考古研究提供不可替代的研究平台，让千年文物“开口说话”，解读埋藏其中的古代科技与文化密码。
图1 中子CT成像片层及三维渲染结果(封面)。
