【走近大國重器】

　　◎本報記者 龍躍梅

　　通 訊 員 張 瑋

　　藍天一碧如洗，云朵舒展飄過。汽車在廣東東莞松山湖科學城穿行，轉過一個彎后，眼前豁然開朗，遠處山坡上，“中國散裂中子源”7個遒勁有力的大字在陽光下熠熠生輝。

　　11月12日，科技日報記者走進中國散裂中子源的譜儀大廳時，這里正忙著一件大事——由中國科學院高能物理研究所與中山大學共建的高能非彈性中子散射譜儀揭牌。作為中國散裂中子源建設的8臺合作譜儀之一，這也是國內首臺中高能非彈性中子散射譜儀，填補了我國百兆電子伏以上中高能非彈性中子散射的空白。

　　看著又一個“首臺”誕生，在場的人們難掩喜悅。

　　中國散裂中子源，為洞察微觀世界、探究物質材料微觀結構提供了新的“超級顯微鏡”，讓中國科研人員的笑容更加自信。

　　尋 光

　　——建自己的散裂中子源

　　“當你走進一個昏暗的房間，首先要做什么？”

　　走在中國散裂中子源的沙盤邊，中國科學院高能物理研究所東莞研究部中子科學部副主任張俊榮向記者發問。

　　“開燈？”記者本能地答道。

　　“對。在暗的環境中，必須要有一個光源照亮物質，才能看到房間里的所有布局、所有東西。”張俊榮說，散裂中子源也具有這樣的強大功能，通過其發出的“光”，我們可以看到物質的微觀結構，從而了解物質的組成。

　　曾幾何時，只有英國、美國和日本擁有這種看清物質結構的“超級顯微鏡”——脈沖式散裂中子源。這意味著，我國科學家如果要對一些領域開展研究，只能向國外申請使用設備。

　　“由于設備有限，我們不僅要排很久的隊，而且在諸多方面受制于人。”張俊榮說。

　　說話間，記者來到了中國科學院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生的辦公室。

　　辦公桌、茶幾、沙發，都是最簡單的擺設。一張散裂中子源工程圖，貼在墻上最顯眼的位置。

　　“中國的科學技術，歸根結底要靠中國人，在自己的土地上才能發展起來！”陳和生告訴記者，中國散裂中子源可為材料科學技術、物理學、化學化工、生命科學、新能源等基礎研究和應用研究提供先進的科研平臺，對解決國家重大戰略需求和前沿科學諸多領域的瓶頸問題有著重要意義。

　　追 光

　　——讓中子“跑”起來

　　在中國散裂中子源的加速器區域，只能看到一棟長方形建筑和一棟環形建筑，相關設備都埋藏于隧道內。

　　中國散裂中子源的裝置包括直線加速器、快循環同步加速器、靶站以及中子散射譜儀等。

　　加速器建在13米到18米深的地下，其中直線加速器隧道長240米，快循環同步加速器周長228米，相當于半個足球場大小。

　　“裝置運行期間，隧道全部封閉，調控也是遠程。”張俊榮介紹說。

　　在肉眼看不到的地下，是微觀粒子的廣闊天地。

　　一個離子源產生負氫離子，在直線加速器內加速到高速運行。此時的速度依然不夠產生中子，需要進入快循環同步加速器繼續加速。

　　“在數百米長的環形隧道中，每一圈質子的速度都會增加。加速2萬圈左右，質子的能量達到16億電子伏特，速度達到光速的92%。”張俊榮說，別以為加速2萬圈需要很長時間，實際上就是“嗖”的一下。

　　如此高速高能的質子，順著隧道來到了下一站——靶站。

　　和埋藏在地下的加速器不同，靶站建在地面上，與中子散射譜儀同處一個寬闊的大廳。不過，為了確保安全，靶站和譜儀都用混凝土屏蔽體保護了起來。

　　在大廳里，靶站位于中間位置，外表涂裝成藍色，非常顯眼。靶站周圍，延伸出來一條條譜儀，每一條譜儀都涂上不同的顏色，有不同的作用。

　　在靶站里面，高速高能的質子轟擊金屬鎢，就會釋放出中子。這些中子通過一條條譜儀引出來，到達放置樣品的實驗站。

　　“用中子打到樣品之后，通過對中子和樣品作用散射出來的一些中子進行分析，就能知道物質結構是怎樣的。”張俊榮說。

　　試想，面前有一張看不見的網，人們不斷扔出玻璃彈珠。有的彈珠穿網而過，有的彈珠打在網上再彈向不同角度。如果彈珠發得足夠多且強，就能通過彈珠的軌跡反向推測出網的形狀。

　　目前，中國散裂中子源運行已十分順利。這背后，是10多年的籌備和6年半的建設——2018年中國散裂中子源正式投入運行，使我國成為世界上第4個擁有脈沖式散裂中子源的國家。

　　發 光

　　——創造出一批源頭創新成果

　　譜儀大廳，是中國散裂中子源科研人員以及來自高校、研究院、企業等用戶工作的地方。走在大廳內，記者看到這里正進行著多物理譜儀、通用粉末衍射譜儀等多臺譜儀實驗。

　　在這里做實驗，用戶通常要先制備樣品、安裝樣品。實驗開始之后，中國散裂中子源的科研人員和用戶在譜儀的控制室一起討論數據結果、實驗結果等。

　　控制室的布置較為簡單，墻上的液晶顯示屏上，各種數據一目了然。

　　張俊榮說，中國散裂中子源一年運行200多天，運行期間24小時開機，用戶比較辛苦，需要隨時在控制室更換樣品、進行數據討論等，把每分鐘都充分利用起來。

　　中國散裂中子源機時很珍貴，用途也很廣泛。

　　“比如，高鐵車輪很大很重，很少有手段能穿透車輪看到其內部結構，但中子能提供獨一無二的手段。”張俊榮說，中子可以直接穿透大型部件，無損地看到其內部缺陷或者結構變化，再通過結構演化研究，技術人員就可以提高裝備的可靠性、穩定性。

　　“在自家門口做實驗，太方便了！”中國散裂中子源的投入使用，讓香港大學教授黃明欣受益良多。過去，他需要先向國外散裂中子源申請機時，然后設計好實驗步驟，把材料寄到國外，待實驗做好之后再傳回數據。

　　利用中國散裂中子源的通用粉末衍射譜儀，黃明欣團隊發現了強度高且韌性好的“超級鋼”的微觀原理，研究成果曾兩度刊于《科學》。

　　2018年投入運行以來，中國散裂中子源已累計完成10輪開放運行，一年開放機時超過5000小時，擁有約5000多個注冊用戶，總共完成課題1000余項，在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等眾多領域發光發亮，創造出一批源頭創新碩果。

　　采訪即將結束時，散裂中子源科學中心主任王生告訴記者，二期工程建設即將啟動，未來譜儀數量將增加到20臺，加速器打靶和靶站功率將從100千瓦提升到500千瓦，大大提高實驗精度和速度。屆時，中國散裂中子源將測量更小的樣品，研究更快的動態過程，滿足更多用戶的需求！

　　(科技日報)