這種發動機專為在中子束線內執行而構建，可以提供獨特的樣品環境，以研究新合金的結構變化。這些合金針對先進高溫內燃機的真實執行環境而設計。

2017年，ORNL於首推此類設施。當時研究人員成功評測一款小型原型發動機，其氣缸蓋由該實驗室開發的一種新高溫鋁鈰合金鑄造而成。這是全球首次使用美國能源部散裂中子源(SNS，位於ORNL)的VULCAN 中子衍射儀，對執行中的發動機進行中子衍射分析。此項研究不僅證明此類獨特合金的硬度，而且表明使用中子等非破壞性方法分析新材料具有價值。

當中子散佈在原子中時，研究人員可以獲得豐富的原子層面結構資訊，因為中子甚至能夠穿透緻密的金屬。在這種情況下，科學家們確定了合金在諸如高溫和極端應力或張力等執行條件下的表現，以識別甚至最細微的缺陷。

在此基礎上，ORNL專門設計了一種研究發動機，用於VULCAN。該設施基於一臺兩升四缸的汽車發動機，經過改進後可以單缸執行，以節省光束線樣本空間。該發動機平臺可以圍繞汽缸軸旋轉，以提供最大的測量靈活性。該發動機針對中子研究而設計，包括使用基於氟碳化合物的冷卻劑和機油，以提高燃燒室的能見度。

該設施可以為研究人員提供所需要的實驗結果，以快速準確地檢測新材料，並改進發動機設計的高保真計算模型。該專案負責人Martin Wissink表示：“研究人員關注發動機中發生的湍流燃燒和透過固體成分進行的傳熱過程之間的相互作用。瞭解和最佳化這一過程，是提高發動機熱效率的關鍵。目前這些模型大多沒有現場驗證資料。我們的目標是完全解決燃燒室中所有金屬部件在整個區域內的應力、應變和溫度問題。”

該發動機已經按照ORNL規格進行設計，目前正由西南研究院進行最終研發，並將在能源部的國家交通研究中心(NTRC，位於ORNL)進行除錯，然後在SNS首次使用，預計將於2021下半年投入使用。主要研究人員Ke An表示，SNS的VULCAN儀器可以容納更大的結構，因此是理想的研究裝置。VULCAN設計針對變形、相變、殘餘應力、結構和微觀結構研究。研究人員正在為中子發動機平臺準備新的排氣系統和其他改裝設施，包括髮動機新控制介面。

科學家將把來自中子發動機的測量結果，輸入正在開發的高效能計算模型中，以加快高階內燃機突破。研究人員希望，準確預測熱損失、火焰淬熄和噴射到氣缸中的燃料蒸發等現象，尤其是在通常排放量最高的冷啟動發動機執行期間。預計透過中子發動機提供的資料，可以進一步瞭解在發動機迴圈過程中，金屬發動機部件的溫度在整個發動機中是如何變化的。所產生的高保真模型可以在超級計算機上快速執行，比如美國速度最快、人工智慧能力最強的Summit計算機。

Wissink表示：“我們將把這些基礎科學設施與應用結合起來，並在實際工程裝置和系統中進行測量。全面測量發動機部件中的應變和溫度，這在以前是不可能實現的。將這些資料作為HPC模型的驗證或邊界條件，與汽車行業的研究人員共享，這一點具有重要意義。”

ORNL建築和運輸科學部負責人Robert Wagner表示，這種中子發動機有助於製造更節能、超清潔的發動機。