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中國散裂中子源二期工程啟動建設(shè),，“超級顯微鏡”擴容探物“盡精微” 應(yīng)用“致廣大”

2024-04-01 11:03:55來源：人民網(wǎng)責(zé)任編輯：崔鑫

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　　中國散裂中子源快循環(huán)同步加速器。

　　中國散裂中子源航拍,。

　　以上圖片均為中國科學(xué)院高能物理研究所提供

　　核心閱讀

　　3月30日,，中國散裂中子源迎來又一重要時刻——二期工程啟動建設(shè)。建成后,，裝置的研究能力將大幅提升,，基本覆蓋中子散射所有應(yīng)用領(lǐng)域，實驗精度和效率將顯著提高,，能夠為探索科學(xué)前沿,、解決國家重大需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵問題提供更加堅實的支撐。

　　在一期工程運行5年多的基礎(chǔ)上,，3月30日,，位于廣東省東莞市松山湖科學(xué)城的中國散裂中子源二期工程啟動建設(shè)。這是世界第四臺,、我國第一臺脈沖型散裂中子源,。

　　散裂中子源被稱為“超級顯微鏡”，是以中子為“探針”,，“看穿”材料的微觀結(jié)構(gòu),。5年多來，這座依山而建的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,，已向中外科學(xué)家完成11輪開放,，每年運行時間超過5000小時，開放時長和效率都處于國際同類裝置的領(lǐng)先水平,。目前,，注冊用戶超過6000人，已完成1500多項課題,。二期工程啟動建設(shè)后,，將帶來哪些新期待?

　　透視微觀世界,，探索科學(xué)前沿

　　提到散裂中子源,，很多人可能不清楚它是做什么的,。其實，鋰離子電池,、高強合金,、芯片元器件等當(dāng)今生產(chǎn)生活不可或缺的技術(shù)、設(shè)備,，在研發(fā)中都可以用到散裂中子源,。

　　用中國科學(xué)院院士、中國散裂中子源工程指揮部總指揮陳和生的話說,，散裂中子源就像一種“超級顯微鏡”,，通過粒子的高速撞擊“散裂”出大量中子，再把中子作為“探針”,，研究物質(zhì)材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),。

　　中國散裂中子源以提供機時的方式向中外研究機構(gòu)和科學(xué)家開放，一經(jīng)投入運行,，用戶便迅速增加,，機時供不應(yīng)求。已完成的1500余項用戶實驗課題,，涵蓋能源,、物理、材料,、工程等多個前沿交叉和高科技研發(fā)領(lǐng)域,，在航空航天關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測、鋰離子電池,、太陽能電池結(jié)構(gòu),、稀土磁性、新型高溫超導(dǎo),、功能薄膜,、高強合金、芯片單粒子效應(yīng)等重點領(lǐng)域取得一批科技創(chuàng)新成果,。

　　從航空關(guān)鍵部件的金屬疲勞到高鐵車輪的服役安全性和服役壽命,，從電動汽車的電池性能到高溫超導(dǎo)材料的自旋漲落……5年多來，依托散裂中子源取得的研究成果,，既直面國家重大戰(zhàn)略需求,，又助力大灣區(qū)高端制造業(yè)發(fā)展。

　　治療癌癥的新手段——硼中子俘獲治療裝置,，是散裂中子源在醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生的重大科技成果轉(zhuǎn)化項目,，由散裂中子源建設(shè)過程中積累的技術(shù)轉(zhuǎn)化而來。該裝置目前已經(jīng)在東莞市人民醫(yī)院部署，即將開展臨床研究,。

　　二期工程將建設(shè)11臺中子譜儀和實驗終端

　　正是由于散裂中子源豐碩的成果產(chǎn)出和強烈的用戶需求,，二期工程得以快速立項并啟動建設(shè)。據(jù)中國科學(xué)院高能物理研究所副所長,、中國散裂中子源二期工程總指揮王生介紹,，二期工程初步設(shè)計概算于2024年1月9日獲國家發(fā)展改革委批復(fù)，建設(shè)周期為5年9個月,。建成后,，裝置在同等時間內(nèi)能產(chǎn)生更多中子，不僅能有效縮短實驗時間,，還能使實驗分辨率更高,，能夠測量更小的樣品、捕捉更快的動態(tài)過程,。

　　二期工程將建設(shè)11臺中子譜儀和實驗終端,，建成后中子譜儀總數(shù)將增加到20臺，新建的中子譜儀將聚焦磁性超導(dǎo)量子材料,、生命科學(xué),、催化材料等研究領(lǐng)域，還要新建國內(nèi)首臺繆子實驗終端和高能質(zhì)子實驗終端,。

　　所謂“中子譜儀”,，可以看作是依托散裂中子源建設(shè)、面向不同學(xué)科和研究領(lǐng)域的實驗平臺,。二期新建成的中子譜儀和實驗終端,，將應(yīng)用于稀土功能材料設(shè)計研發(fā)、拓?fù)浜统瑢?dǎo)材料研發(fā),、鋰離子電池和儲氫電池研發(fā),、深海可燃冰和頁巖油的開采存儲,、癌癥和病毒藥物研發(fā),、催化研究等，涵蓋量子信息,、生物醫(yī)藥,、航空航天、集成電路,、新能源,、新材料等領(lǐng)域?！?0臺中子譜儀,，每一臺都可以是面向不同領(lǐng)域不同產(chǎn)業(yè)的‘顯微鏡’,。”王生說,。

　　此外,，打靶束流功率是衡量散裂中子源性能的重要指標(biāo)。中國散裂中子源二期工程計劃將加速器打靶束流功率,，從一期的100千瓦設(shè)計指標(biāo)提高到500千瓦,。功率提升后,，中國散裂中子源中子散射應(yīng)用的覆蓋范圍和能力將達(dá)到國際先進水平,。“屆時,，中國散裂中子源的研究能力將基本覆蓋中子散射所有應(yīng)用領(lǐng)域,。”王生說,。

　　在關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研方面取得重要進展

　　“中國散裂中子源運行5年多來,，供束時間、供束效率和同期成果產(chǎn)出均達(dá)到世界同類裝置領(lǐng)先水平,。隨著中國散裂中子源二期工程啟動建設(shè),，裝置的研究能力將大幅提升，研究領(lǐng)域?qū)⑦M一步拓展,，實驗精度和效率將顯著提高,，也必將為推動高質(zhì)量發(fā)展注入新的動力之源?！敝袊茖W(xué)院高能物理研究所所長王貽芳表示,。

　　作為粵港澳大灣區(qū)首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，其研發(fā)建設(shè)本身,，離不開雄厚的科研實力和制造能力,，這在中國散裂中子源建設(shè)中已得到驗證。目前,，中國散裂中子源二期工程已經(jīng)在關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研方面取得重要進展,，國內(nèi)首臺高功率高梯度磁合金加載腔已正式投入運行，P波段大功率速調(diào)管順利通過驗收,。此外,，中子探測器、中子導(dǎo)管,、中子極化器的研制也取得了突破,，為二期工程的成功建設(shè)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　“二期工程作為升級工程,，完成工程建設(shè)任務(wù)的同時,，要保證散裂中子源正常開放運行不受大的影響,。”王生表示,，在近6年的建設(shè)過程中,，因工程建設(shè)需要的額外停機時間將不超過6個月，并在工程建設(shè)中不斷提高束流功率,，增加開放的譜儀數(shù)量,，促進更多高質(zhì)量研究成果產(chǎn)出。