新功能是专门为在中子束线内部运行而制造的发动机。这款中子发动机提供了一个独特的样品环境，允许研究新合金的结构变化，设计用于高温环境，先进的内燃机在现实条件下运行。

ORNL于2017年首次公布了该功能，当时研究人员成功地评估了一种小型的原型发动机，该发动机的气缸盖由实验室制造的新型高温铝铈合金铸造而成。该实验是全球首例，其中使用ORNL能源部散裂中子源（SNS）的VULCAN中子衍射仪通过中子衍射对运行中的发动机进行了分析。

该研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，不仅证明了这种独特合金的坚韧性，而且还证明了使用中子等非破坏性方法分析新材料的价值。中子甚至可以穿透致密金属而深入渗透。当中子从物质中散射出原子时，它们为研究人员提供了直至原子尺度的大量结构信息。在这种情况下，科学家确定了合金在高温，极端应力或张力等工作条件下的性能，甚至可以识别出最小的缺陷。

实验的成功促使ORNL设计了行业相关的专用研究引擎，用于VULCAN。该功能基于两升四缸汽车发动机，经过修改可在一个气缸上运行，以节省光束线上的样本空间。发动机平台可以绕汽缸轴线旋转，以提供最大的测量灵活性。该发动机是为中子研究量身定制的，包括使用碳氟化合物基冷却剂和机油，从而提高了进入燃烧室的视野。该功能将为研究人员提供他们需要的实验结果，以快速，准确地审查新材料并改善发动机设计的高保真计算模型。

ORNL项目负责人Martin Wissink表示：“全世界的工业界，国家实验室和学术界都在研究发动机中发生的湍流燃烧与固体成分之间传热过程的联系。了解和优化该过程对于提高发动机的热效率确实至关重要。”他还补充道：“但目前，大多数这些模型几乎都没有现场验证数据。目标是完全解决燃烧室中所有金属零件在整个区域内的应力，应变和温度。”

该发动机已按照ORNL规格进行设计，目前正在与西南研究院进行最终开发，并将在DOE的ORNL国家运输研究中心或NTRC进行调试，然后在SNS首次使用，预计2021年下半年使用。 NTRC和SNS都是DOE科学用户设施，为世界各地的研究人员提供了现代科学最先进的工具。

SNS的首席科学家Ke An表示，SNS上的VULCAN仪器适合进行研究，因为它可以容纳更大的结构。VULCAN设计用于变形，相变，残余应力，织构和微观结构研究。据安称，他们正在为中子发动机的平台准备新的排气系统和其他改造，包括新的发动机控制界面。这将使人们兴奋，并在更大的，最先进的发动机上产生结果。中子引擎“将为寻求验证其模型以解决应力，应变和温度等问题的用户提供更多选择。它显示了中子对重要制造业的直接价值。”

中子发动机的测量结果将被输入到科学家正在开发的高性能计算或HPC模型中，以加速先进内燃机的突破。研究人员对准确预测诸如热损失，火焰熄灭和喷射到汽缸内的燃料蒸发等现象感兴趣，特别是在冷启动发动机运行期间排放通常最高的情况下。中子发动机的数据有望提供新的理解，金属发动机部件的温度如何在整个发动机循环过程中发生变化。

由此产生的高保真模型可以在超级计算机上快速运行，例如美国最快，最支持AI的计算机Summit。Summit是橡树岭领导力计算设施（也属于DOE科学用户设施）的一部分，位于ORNL。

Wissink说：“我们正在将这些基础科学能力与应用联系起来，并在实际工程设备和系统中进行测量，完全测量发动机部件的应变和温度是以前不可能的。将这些数据作为HPC模型的验证或边界条件是至关重要的，这些数据可以与汽车行业的研究人员共享。”ORNL的建筑和运输科学部主任robertwagner说，中子发动机增强了ORNL和其他国家实验室的现有能力，以创造出更节能和超清洁的发动机。

瓦格纳说：“在中子束线中操作发动机的能力使我们能够在实际发动机条件下进行前所未有的测量。这种能力增加了国家实验室为提高内燃机的效率和排放而带来的独一无二的资源，例如桑迪亚国家实验室的光学发动机研究和阿贡国家实验室的先进光子源。”

目前，这些独特资源的力量正在通过一个由美国能源部车辆技术办公室领导的名为“推进内燃机合作伙伴关系”的六个实验室联合体来解决最具挑战性的问题。瓦格纳说：“在ORNL，我们与众不同的是现有的科学组合。我们正在利用世界上最强大的中子源、美国最快的超级计算机和世界级的材料科学，与我们在运输方面的专业知识相协调，以应对未来更可持续能源的巨大挑战。”