散裂中子源 珠三角科技荣光

  经过两个多月的暑期检修,国家重大科技基础设施中国散裂中子源9月26日开始新一轮开放运行。自去年8月23日投运至今,该项目已完成科研难题100多项,取得了诸多科研成果。而在粤港澳大湾区的框架之下,中国散裂中子源作为粤港澳大湾区首个重大科技基础设施,正有力推动大湾区科技核心的形成,将为粤港澳大湾区的发展创造“无限可能”。

  广东东莞大朗镇,是被称为“国之重器”的大科学装置——中国散裂中子源(CSNS)的基地。从2006年5月在这里选址,到2017年中子源首次打靶、顺利产生第一束中子,再到2018年启动首批实验……中国科学院院士、散裂中子源工程总指挥陈和生带领的中科院高能物理所散裂中子源项目团队在这里奋斗了整整十三年。

  如今,时值项目运转一周年之际,作为全球第四台、国内首台的散裂中子源,位于广东东莞的中国散裂中子源又有什么故事?建设效果如何呢?《小康》记者获悉,从去年9月至今年6月,中国散裂中子源先后进行两轮开放运行,用户申请十分踊跃,机时供不应求,共完成用户课题101个,其中来自香港地区以及国外的用户课题11个。装置围绕国际科技前沿和国家重大需求,取得了多项成果,包括新型锂离子电池材料结构、高强合金、太阳能电池结构、芯片中子单粒子效应等,同时也开展了航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等初步研究。

  探秘微观世界的“超级显微镜”

  汽车从莞佛高速驶入“中子源路”,5分钟车程便抵达位于东莞大朗的中国散裂中子源所在地。

  占地400亩的中国散裂中子源一期项目园区,大片的绿地和现代化的建筑随处可见。行政主楼大厅内,比例尺为1:60的沙盘模型甚是显眼,可一览园区全貌——由国家出资18.6632亿建设的主装置区位于园区南部,包括直线加速器、快循环同步加速器、靶站谱仪三个部分,其它建筑则是由广东省和东莞市财政出资建设的辅助装置区。

  接受《小康》记者采访的中科院高能物理研究所东莞分部(中国散裂中子源)相关负责人表示,中国散裂中子源的建成,填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,将为诸多领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究平台,例如物质科学、生命科学、资源环境、新能源等。它的投入运行,对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。

  陈和生曾将中国散裂中子源喻为一台“超级显微镜”,这台“超级显微镜”可带我们探索肉眼无法看到的微观粒子世界。而中子散射就像“探针”,是探索物质微观结构的有力手段之一。

  在中国散裂中子源园区地下18米左右的地方,盘踞着总长600多米的隧道。这条隧道里有一台80兆电子伏特的负氢离子直线加速器和一台16亿电子伏特快循环质子同步加速器。

  “散裂中子源装置不仅造价高,而且技术复杂,是各种高、精、尖设备组成的整体。”中科院高能物理研究所副所长、东莞分部(中国散裂中子源)主任陈延伟介绍,装置的工作原理是将质子加速到16亿电子伏特,速度达到0.93倍光速,把质子束当成“子弹”,去轰击原子系数很高的重金属钨靶,钨原子核被撞击出大量中子,科学家便通过特殊装置利用中子,开展各种实验。

  事实上,CSNS的建设过程可谓排除万难,从关键核心技术的掌握到设备安装、工程管理,历经重重挑战。

  例如,快循环同步加速器的25Hz交流磁铁在我国属首次研制,期间遇到了超乎想象的技术挑战,铁芯和线圈的振动开裂、涡流发热都是以前经验之外的新问题。“我们向美国、日本研究所专家请教,但他们只懂科学设计,关键技术掌握在国外大公司手中,不可能告诉我们。”中国散裂中子源工程副经理傅世年回忆。

  于是,科研人员与补偿方法,解决了多台磁铁之间的磁场同步问题,其效果优于日本散裂中子源。

  工程建设中遇到的最大挑战,是土建工程延误了1年多,这大大压缩了设备安装和调试时间。面对严峻的挑战,CSNS的建设对国家承诺的竣工时间不能推迟,必须千方百计抢时间。

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