中國散裂中子源工程主體完工：中國人有了自己的「超級顯微鏡」

9月1日，廣東東莞，中國散裂中子源裝置內的快循環質子同步加速器。視覺中國供圖

儘管已經過去10多天，但當71歲的中國科學院院士陳和生回憶起中國散裂中子源「出束」的那一幕，仍按捺不住激動。

他特別留意了時間：8月28日10時，在中國散裂中子源靶站譜儀控制室，科研人員緊張待命，做質子束流打靶前的最後準備。隨著一聲號令，從加速器引出的質子束流，打向金屬鎢靶——這是第一次打靶。（歡迎關注Science微信號：bioeg_cn）

8月28日10時56分許，科研人員從中國散裂中子源靶站6號和20號中子束線里，分別測量到從兩個不同慢化器輸出的中子能譜。這意味著，打靶成功，散裂中子源順利獲得中子束流。這是該工程建設的重大里程碑，標誌著中國散裂中子源主體工程順利完工。

陳和生就是這個大科學裝置工程的總指揮。該工程是國家「十一五」期間立項、「十二五」期間重點建設的重大科技基礎設施，預計總投資為23億元人民幣，其中國家批複投資18.8億元，一度被稱作「我國最大的國家重大科技基礎設施」。

陳和生說，原定於今年秋天實現首次獲得中子束流的目標，如今提前實現首次獲得中子束流的目標，且調試進度大大超過國際上其他散裂中子源調試過程，這樣歷史性的一刻值得共同見證。

所謂散裂中子源，通俗地說就是一個用「中子」來了解微觀世界的工具。世界上的物質由分子和原子組成，而原子內部有原子核，原子核則包含了中子。中子不帶電且對某些原子核非常敏感的特性，讓它能夠「拍攝」到材料的微觀結構和內部運動規律，因此成了科學家探測各種物質分子內部結構的「探針」。

也因此，散裂中子源被科學家形象地稱作「超級顯微鏡」。正如X射線能夠「拍攝」人體的醫學影像，科學家希望找到一種工具，能夠「拍攝」物質材料的微觀結構。散裂中子源是最佳選擇之一。

陳和生打了一個較為形象的比方：假設面前有一張看不見的網，人們不斷地扔出很多玻璃彈珠，彈珠有的穿網而過，有的則打在網上，彈向不同的角度。如果把這些彈珠的運動軌跡記錄下來，就能大致推測出網的形狀；如果彈珠發得夠多、夠密、夠強，就能把這張網精確地描繪出來，甚至推斷其材質。

當然，探測物質微觀結構，除了「中子探針」，還有利用「X光」探測核外電子的同步輻射裝置。中國運行和在建的專用同步輻射裝置，就有「北京光源」「上海光源」和「合肥光源」。

中科院高能物理所東莞分部中子科學部副主任梁天驕說，X射線適合觀測重元素，中子散射適合觀測氫、氧、氮等輕元素。同步輻射和中子散射看到的是物質的不同方面，它們可以優勢互補。

目前，全球正在運行的脈衝式散裂中子源主要有英國散裂中子源、美國散裂中子源和日本散裂中子源。完全建成後的中國散裂中子源，將成為世界第四台脈衝式散裂中子源。

陳和生至今還記得，2001年2月，我國科學家第一次在香山會議上提出建設該工程的設想，2006年，散裂中子源選址東莞大朗。他說，「為了如今歷史性的一刻，我們期盼了10年。」

不少人有一個疑問，為了這個「第四台」，國家財政投入18.8億元人民幣，值得嗎？陳和生說，美國散裂中子源投入14億美元，對比來看中國的投入並不算多。當然，之所以相比國外「節省」很多，一個重要原因在於採用國產設備。

按照陳和生的說法，從2006年起，中國科學院支持了相關關鍵技術的預研，攻克了諸多技術難題。加速器、靶站和譜儀工藝設備的批量生產在全國近百家合作單位完成，設備國產化率達到96%以上。「如果從國外進口相關設備，這個投資肯定是不夠的。」他說。

更為重要的是，在他看來，這樣一個大科學工程，不僅可以在材料科學、生命科學、物理等基礎研究領域提供「有力支撐」，還有「接地氣」的一面，相關領域可藉此平台攻克國家可持續性發展和國家安全戰略需求的一些瓶頸問題。

他舉了一個例子：1998年6月，德國一輛城際快車意外出軌，事故元兇竟然是老化的車輪。在英國散裂中子源上檢測車輪，發現其中的內部裂痕。

陳和生說，事實上，無論是高鐵的輪軌，還是飛機的渦輪、機翼裡面都有應力，它決定了高鐵和飛機使用壽命和安全性。但是，這個應力看不到、摸不著，對它的研究成了避免類似災難發生的關鍵。如今，科學家已經可以在散裂中子源上，測量研究輪軌和機翼的剩餘應力，優化機械加工工藝，使高鐵和飛機變得更安全舒適。

按照他的說法，散裂中子源的質子和中子還可用於腫瘤的放射性治療研究，在新型清潔能源可燃冰的開發利用中，散裂中子源高壓下的中子衍射技術，也能用來研究可燃氣體甲烷水合物的形成機制和穩定條件，其研究成果將為安全、高效地開採和利用可燃冰提供科學依據。

根據整個工程規劃，散裂中子源裝置建在13米到18米的地下，其主要建設內容包括1台8000萬電子伏特的負氫離子直線加速器、1台16億電子伏特的快循環質子同步加速器、兩條束流運輸線、1個靶站、首批建設的3台譜儀及相應的配套設施和土建工程。

前不久，陳和生透露，預計2018年春，中國散裂中子源將按計劃全部完工，正式對國內外用戶開放。

來源：中國青年報

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