【走近大國(guó)重器】

　　◎本報(bào)記者 龍躍梅

　　通 訊 員 張 瑋

　　藍(lán)天一碧如洗，云朵舒展飄過。汽車在廣東東莞松山湖科學(xué)城穿行，轉(zhuǎn)過一個(gè)彎后，眼前豁然開朗，遠(yuǎn)處山坡上，“中國(guó)散裂中子源”7個(gè)遒勁有力的大字在陽光下熠熠生輝。

　　11月12日，科技日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)中國(guó)散裂中子源的譜儀大廳時(shí)，這里正忙著一件大事——由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與中山大學(xué)共建的高能非彈性中子散射譜儀揭牌。作為中國(guó)散裂中子源建設(shè)的8臺(tái)合作譜儀之一，這也是國(guó)內(nèi)首臺(tái)中高能非彈性中子散射譜儀，填補(bǔ)了我國(guó)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(gè)“首臺(tái)”誕生，在場(chǎng)的人們難掩喜悅。

　　中國(guó)散裂中子源，為洞察微觀世界、探究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)提供了新的“超級(jí)顯微鏡”，讓中國(guó)科研人員的笑容更加自信。

　　尋 光

　　——建自己的散裂中子源

　　“當(dāng)你走進(jìn)一個(gè)昏暗的房間，首先要做什么？”

　　走在中國(guó)散裂中子源的沙盤邊，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部中子科學(xué)部副主任張俊榮向記者發(fā)問。

　　“開燈？”記者本能地答道。

　　“對(duì)。在暗的環(huán)境中，必須要有一個(gè)光源照亮物質(zhì)，才能看到房間里的所有布局、所有東西?！睆埧s說，散裂中子源也具有這樣的強(qiáng)大功能，通過其發(fā)出的“光”，我們可以看到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，從而了解物質(zhì)的組成。

　　曾幾何時(shí)，只有英國(guó)、美國(guó)和日本擁有這種看清物質(zhì)結(jié)構(gòu)的“超級(jí)顯微鏡”——脈沖式散裂中子源。這意味著，我國(guó)科學(xué)家如果要對(duì)一些領(lǐng)域開展研究，只能向國(guó)外申請(qǐng)使用設(shè)備。

　　“由于設(shè)備有限，我們不僅要排很久的隊(duì)，而且在諸多方面受制于人?！睆埧s說。

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

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

　　“中國(guó)的科學(xué)技術(shù)，歸根結(jié)底要靠中國(guó)人，在自己的土地上才能發(fā)展起來！”陳和生告訴記者，中國(guó)散裂中子源可為材料科學(xué)技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)化工、生命科學(xué)、新能源等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究提供先進(jìn)的科研平臺(tái)，對(duì)解決國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和前沿科學(xué)諸多領(lǐng)域的瓶頸問題有著重要意義。

　　追 光

　　——讓中子“跑”起來

　　在中國(guó)散裂中子源的加速器區(qū)域，只能看到一棟長(zhǎng)方形建筑和一棟環(huán)形建筑，相關(guān)設(shè)備都埋藏于隧道內(nèi)。

　　中國(guó)散裂中子源的裝置包括直線加速器、快循環(huán)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(zhǎng)240米，快循環(huán)同步加速器周長(zhǎng)228米，相當(dāng)于半個(gè)足球場(chǎng)大小。

　　“裝置運(yùn)行期間，隧道全部封閉，調(diào)控也是遠(yuǎn)程?！睆埧s介紹說。

　　在肉眼看不到的地下，是微觀粒子的廣闊天地。

　　一個(gè)離子源產(chǎn)生負(fù)氫離子，在直線加速器內(nèi)加速到高速運(yùn)行。此時(shí)的速度依然不夠產(chǎn)生中子，需要進(jìn)入快循環(huán)同步加速器繼續(xù)加速。

　　“在數(shù)百米長(zhǎng)的環(huán)形隧道中，每一圈質(zhì)子的速度都會(huì)增加。加速2萬圈左右，質(zhì)子的能量達(dá)到16億電子伏特，速度達(dá)到光速的92%。”張俊榮說，別以為加速2萬圈需要很長(zhǎng)時(shí)間，實(shí)際上就是“嗖”的一下。

　　如此高速高能的質(zhì)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(gè)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(hù)了起來。

　　在大廳里，靶站位于中間位置，外表涂裝成藍(lán)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(zhì)子轟擊金屬鎢，就會(huì)釋放出中子。這些中子通過一條條譜儀引出來，到達(dá)放置樣品的實(shí)驗(yàn)站。

　　“用中子打到樣品之后，通過對(duì)中子和樣品作用散射出來的一些中子進(jìn)行分析，就能知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)是怎樣的?！睆埧s說。

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

　　目前，中國(guó)散裂中子源運(yùn)行已十分順利。這背后，是10多年的籌備和6年半的建設(shè)——2018年中國(guó)散裂中子源正式投入運(yùn)行，使我國(guó)成為世界上第4個(gè)擁有脈沖式散裂中子源的國(guó)家。

　　發(fā) 光

　　——?jiǎng)?chuàng)造出一批源頭創(chuàng)新成果

　　譜儀大廳，是中國(guó)散裂中子源科研人員以及來自高校、研究院、企業(yè)等用戶工作的地方。走在大廳內(nèi)，記者看到這里正進(jìn)行著多物理譜儀、通用粉末衍射譜儀等多臺(tái)譜儀實(shí)驗(yàn)。

　　在這里做實(shí)驗(yàn)，用戶通常要先制備樣品、安裝樣品。實(shí)驗(yàn)開始之后，中國(guó)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(shù)據(jù)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。

　　控制室的布置較為簡(jiǎn)單，墻上的液晶顯示屏上，各種數(shù)據(jù)一目了然。

　　張俊榮說，中國(guó)散裂中子源一年運(yùn)行200多天，運(yùn)行期間24小時(shí)開機(jī)，用戶比較辛苦，需要隨時(shí)在控制室更換樣品、進(jìn)行數(shù)據(jù)討論等，把每分鐘都充分利用起來。

　　中國(guó)散裂中子源機(jī)時(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，但中子能提供獨(dú)一無二的手段?！睆埧s說，中子可以直接穿透大型部件，無損地看到其內(nèi)部缺陷或者結(jié)構(gòu)變化，再通過結(jié)構(gòu)演化研究，技術(shù)人員就可以提高裝備的可靠性、穩(wěn)定性。

　　“在自家門口做實(shí)驗(yàn)，太方便了！”中國(guó)散裂中子源的投入使用，讓香港大學(xué)教授黃明欣受益良多。過去，他需要先向國(guó)外散裂中子源申請(qǐng)機(jī)時(shí)，然后設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟，把材料寄到國(guó)外，待實(shí)驗(yàn)做好之后再傳回?cái)?shù)據(jù)。

　　利用中國(guó)散裂中子源的通用粉末衍射譜儀，黃明欣團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)度高且韌性好的“超級(jí)鋼”的微觀原理，研究成果曾兩度刊于《科學(xué)》。

　　2018年投入運(yùn)行以來，中國(guó)散裂中子源已累計(jì)完成10輪開放運(yùn)行，一年開放機(jī)時(shí)超過5000小時(shí)，擁有約5000多個(gè)注冊(cè)用戶，總共完成課題1000余項(xiàng)，在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等眾多領(lǐng)域發(fā)光發(fā)亮，創(chuàng)造出一批源頭創(chuàng)新碩果。

　　采訪即將結(jié)束時(shí)，散裂中子源科學(xué)中心主任王生告訴記者，二期工程建設(shè)即將啟動(dòng)，未來譜儀數(shù)量將增加到20臺(tái)，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(shí)驗(yàn)精度和速度。屆時(shí)，中國(guó)散裂中子源將測(cè)量更小的樣品，研究更快的動(dòng)態(tài)過程，滿足更多用戶的需求！

　　(科技日?qǐng)?bào))