國之重器!中國的“超級顯微鏡”完工登場

中國散裂中子源靶心全貌

25日下午，中國散裂中子源工藝鑒定和驗(yàn)收新聞發(fā)布會在東莞召開。據(jù)悉，建在廣東東莞的我國“十一五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——中國散裂中子源已按期、高質(zhì)量完成了全部工程建設(shè)任務(wù)，并于當(dāng)天通過了中國科學(xué)院組織的工藝鑒定和驗(yàn)收。

建成后的中國散裂中子源成為中國首臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源，填補(bǔ)了國內(nèi)脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白，為我國材料科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)、資源環(huán)境、新能源等方面的基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)開發(fā)提供強(qiáng)有力的研究手段，對滿足國家重大戰(zhàn)略需求、解決前沿科學(xué)問題具有重要意義，并為粵港澳大灣區(qū)科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級作出重大貢獻(xiàn)。

中國散裂中子源于2011年9月開工建設(shè)，工期6.5年，總投資約23億元。主要建設(shè)內(nèi)容包括一臺直線加速器、一臺快循環(huán)同步加速器、一個靶站，以及一期三臺供中子散射實(shí)驗(yàn)用的中子譜儀，是各種高、精、尖設(shè)備組成的整體。

中國散裂中子源到底是一臺什么樣的科學(xué)裝置呢?中國科學(xué)院將該裝置比喻成“超級顯微鏡”，是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的“國之重器”。“世界上的物質(zhì)都是由分子和原子構(gòu)成，而中子和質(zhì)子又構(gòu)成了原子核。當(dāng)一束中子入射到樣品上時產(chǎn)生散射，通過測量散射的中子能量和動量的變化，可以研究各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動規(guī)律，這種研究手段就叫中子散射技術(shù)。做一個較為形象的比喻，假設(shè)面前有一張看不見的網(wǎng)，我們不斷地扔出很多玻璃彈珠，彈珠有的穿網(wǎng)而過，有的則打在網(wǎng)上，彈向不同的角度。把這些彈珠的運(yùn)動軌跡記錄下來，就能大致推測出網(wǎng)的形狀;如果彈珠發(fā)得夠多、夠密、夠強(qiáng)，就能把這張網(wǎng)精確地描繪出來，甚至推斷其材質(zhì)。”

這個頂尖的科學(xué)裝置又能給老百姓的生活帶去哪些改變呢?中國科學(xué)院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生舉例說，1998年的德國高鐵意外出軌，后經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，事故的元兇是車輪老化和材料疲勞產(chǎn)生的裂紋。事實(shí)上無論是高鐵的輪軌，還是飛機(jī)的渦輪、機(jī)翼里面都有應(yīng)力，它決定了高鐵和飛機(jī)使用壽命和安全性，但是這個應(yīng)力看不到、摸不著，如何把它研究清楚，成了從根本上避免類似災(zāi)難再次發(fā)生的關(guān)鍵。德國高鐵的車輪后來被送到英國散裂中子源用中子散射研究，找到了金屬疲勞的規(guī)律，制定了保證車輪安全的技術(shù)措施。

調(diào)試速度快于國外散裂中子源

經(jīng)工藝鑒定驗(yàn)收專家委員會評價稱，中國散裂中子源性能全部達(dá)到或優(yōu)于國家發(fā)改委批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)。裝置整體設(shè)計(jì)科學(xué)合理，研制設(shè)備質(zhì)量精良，調(diào)試速度快于國外的散裂中子源，靶站最高中子效率達(dá)到國際先進(jìn)水平。

據(jù)了解，中國散裂中子源通過自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，在加速器、靶站、譜儀方面取得了一系列重大技術(shù)成果。設(shè)備國產(chǎn)化率超過90%，顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，使我國在強(qiáng)流質(zhì)子加速器和中子散射領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大跨越，技術(shù)和綜合性能進(jìn)入國際同類裝置先進(jìn)行列。例如：國內(nèi)首次研制成功25Hz交流諧振勵磁的大型二極和四極磁鐵及電源，交流磁場精度達(dá)到同類裝置國際領(lǐng)先水平;自主研制成功液氫慢化器，通過靶-慢化器-反射體緊湊耦合的物理和工程設(shè)計(jì)，保證靶站高中子效率等等。

中國散裂中子源建成后，將充分發(fā)揮一期三臺譜儀在材料科學(xué)、生命科學(xué)、凝聚態(tài)物理和化學(xué)等領(lǐng)域的作用，為廣大用戶提供國際先進(jìn)的研究平臺。同時，為了充分發(fā)揮裝置作用，滿足中子散射研究和應(yīng)用用戶迫切需求，專家委員會建議：中國散裂中子源應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。在裝置通過驗(yàn)收后盡快啟動二期工程立項(xiàng)，開始后續(xù)譜儀建設(shè)，進(jìn)一步提升束流功率。

陳和生告訴羊城晚報記者，按照國際慣例，中國散裂中子源會免費(fèi)向國內(nèi)外的用戶開放，只對一些涉及商業(yè)秘密研究、不能發(fā)表研究結(jié)果的企業(yè)收取少量費(fèi)用。此前，中科院就已經(jīng)建立了一整套公平、公正的科學(xué)研究設(shè)備開放制度，由專家學(xué)者組成一個用戶申請委員會，去決定向哪些用戶開放，實(shí)驗(yàn)時間有多長。此外，國家對于這些科技裝置的開放使用也有明確的規(guī)定，促使這些大裝置為我國的科技創(chuàng)新發(fā)揮巨大作用。

“中國散裂中子源工程順利通過工藝測試，這也標(biāo)志著東莞搶占前沿科技產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)進(jìn)入了一個新階段。”東莞市委常委、副市長張冠梓表示，當(dāng)前東莞正在深入貫徹省第十二次黨代會的要求部署，制定實(shí)施打造創(chuàng)新驅(qū)動升級版的行動計(jì)劃，提出以建設(shè)廣深科技創(chuàng)新走廊為主線，以散裂中子源等重大科技平臺為支撐，規(guī)劃建設(shè)53.3平方公里的中子科學(xué)城，推動?xùn)|莞從科技支撐產(chǎn)業(yè)向科技引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變、從分散式創(chuàng)新向協(xié)同式全域創(chuàng)新轉(zhuǎn)變、從服務(wù)自身發(fā)展為主向支撐國家重大戰(zhàn)略需求轉(zhuǎn)變，力爭用三年時間，將東莞打造成為粵港澳大灣區(qū)創(chuàng)新高地和具有全國影響力的科技產(chǎn)業(yè)名城，邁入國家創(chuàng)新型城市行列。