我国百兆电子伏以上中高能非弹性中子谱仪揭牌

◎本报记者 龙月梅

通讯员 张伟

蓝天清澈如洗，云朵舒展飘过。 车子行驶经过广东东莞松山湖科学城。 拐过一个弯之后，突然豁然开朗。 远处的山坡上，“中国散裂中子源”七个遒劲的大字在阳光下闪闪发光。

11月12日，当科技日报记者走进中国散裂中子源谱仪大厅时，这里正忙着一件大事——与中国高能物理研究所联合建设的高能非弹性中子散射科学院和中山大学。 光谱仪揭幕。 作为中国散裂中子源建设的八台合作谱仪之一，这也是我国第一台中高能非弹性中子散射谱仪，填补了我国100 MeV以上中高能非弹性中子散射的空白。

看到又一个“第一站”的诞生，在场的人们难掩喜悦之情。

中国散裂中子源为洞察微观世界、探索材料微观结构提供了全新的“超级显微镜”，让中国科研人员笑容更加自信。

寻求光明

——打造属于你自己的散裂中子源

“当你走进一间黑暗的房间时，你做的第一件事是什么？”

走在中国散裂中子源沙盘旁，中国科学院高能物理研究所东莞研究室中子科学部副主任张俊荣向记者提问。

“开灯吗？” 记者本能地回答道。

“是的。在黑暗的环境下，必须要有光源来照亮材质，这样才能看清房间里的所有布局和一切。” 张俊荣说，散裂中子源也有如此强大的功能。 借助“光”，我们可以看到物质的微观结构，从而了解其组成。

曾几何时，只有英国、美国和日本拥有这种观察物质结构的“超级显微镜”——脉冲散裂中子源。 这意味着我们的科学家如果想要在某些领域进行研究，就只能从国外申请设备。

“由于设备有限，我们不仅要排队等待很长时间，而且在很多方面都受到别人的限制。” 张俊荣说道。

说话间，记者来到中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生的办公室。

办公桌、茶几、沙发都是最简单的家具。 墙上最显眼的位置贴着一张散裂中子源的工程图。

“归根结底，中国的科技只能由中国人民在自己的土地上发展！” 陈和生告诉记者，中国散裂中子源可为材料科学与技术、物理、化学与化工、生命科学、新能源等基础研究和应用研究提供先进的科研平台，具有重要意义。对于解决国家重大战略需求和前沿科学诸多领域的瓶颈具有重要意义。

追光

——让中子“跑”

在中国散裂中子源加速器区域，只能看到一栋长方形建筑和一栋环形建筑，相关设备埋在隧道内。

中国散裂中子源的设备包括直线加速器、快周期同步加速器、靶站、中子散射谱仪等。

加速器建在地下13至18米深处。 直线加速器隧道长240米，快循环同步加速器周长228米，相当于半个足球场。

“设备运行过程中，隧道全部关闭，远程控制。” 张俊荣说道。

肉眼看不见的地下，是一个广阔的微观粒子世界。

离子源产生负氢离子，在直线加速器中加速至高速。 此时的速度还不足以产生中子，需要进入快周期同步加速器继续加速。

“在数百米长的圆形隧道中，质子的速度会随着每转一圈而增加。加速约2万倍后，质子的能量达到16亿电子伏，速度达到光速的92%。” 张俊荣说，别以为加速2千圈需要很长时间，实际上只是“嗖”的一声。

这样高速高能的质子沿着隧道到达下一站——目标站。

与埋在地下的加速器不同，目标站建在地面上，与中子散射谱仪位于同一个宽阔的大厅内。 不过，为了确保安全，目标站和光谱仪均采用混凝土防护罩进行保护。

大厅内，目标站位于中间，被漆成蓝色，非常显眼。 一排光谱仪围绕目标站延伸。 每个光谱仪都涂有不同的颜色并具有不同的功能。

在目标站中，高速高能质子轰击金属钨，释放中子。 这些中子通过带状能谱仪被引导至放置样品的实验站。

“用中子撞击样品后，我们可以通过分析中子与样品相互作用散射的一些中子来了解材料的结构。”张俊荣说。

想象一下，你的面前有一张看不见的网，人们不断地投掷玻璃弹子。 有些弹珠穿过网，有些弹球击中网并弹到不同的角度。 如果以足够多的数量和足够的力量发射弹珠，则可以从弹珠的轨迹推断出网的形状。

目前，中国散裂中子源运行十分顺利。 这背后是10多年的准备和6年半的建设。 2018年，中国散裂中子源正式投入运行，使我国成为世界上第四个拥有脉冲散裂中子源的国家。

辉光

——创造一批源头创新成果

谱仪大厅是中国散裂中子源科研人员和高校、科研院所、企业等用户工作的地方。 走在大厅里，记者看到，多物理谱仪、通用粉末衍射谱仪等多种谱仪实验正在这里进行。

在这里进行实验，用户通常需要先准备示例并安装。 实验开始后，中国散裂中子源的研究人员与用户在谱仪控制室对数据结果、实验结果等进行了讨论。

控制室的布局比较简单，墙上的液晶屏上各种数据清晰可见。

张俊荣说，中国散裂中子源一年运行200多天，运行期间每天24小时开启。 对于用户来说是相当困难的。 他们需要随时在控制室更换样品、进行数据讨论，充分利用每一分钟。

中国散裂中子源机非常珍贵，用途广泛。

“例如，高铁车轮又大又重，几乎没有办法穿透车轮来观察其内部结构，但中子可以提供一种独特的手段。” 张俊荣说，中子可以直接穿透大型部件并看到而不会造成损坏。 通过研究其内部缺陷或结构变化，技术人员可以通过结构演化研究来提高设备的可靠性和稳定性。

“在家门口做实验真是太方便了！” 香港大学黄明新教授从中国散裂中子源的发射中受益匪浅。 以前，他需要向国外散裂中子源申请机时，然后设计实验流程，将材料寄到国外，实验完成后再将数据发回。

利用中国散裂中子源通用粉末衍射谱仪，黄明新团队发现了高强度、韧性好的“超级钢”的微观原理。 该研究成果已两次在《Science》杂志上发表。

自2018年投入运行以来，中国散裂中子源已完成10轮开机运行，年开机小时超过5000小时。 拥有5000多名注册用户，累计完成1000多个项目。 在航空航天、量子、能源、合金、聚合物、信息材料等诸多领域大放异彩，从源头上创造了多项创新成果。

采访最后，散裂中子源科学中心主任王胜告诉记者，二期工程建设即将启动。 未来光谱仪数量将增加到20台，加速器瞄准和靶站功率将从100千瓦增加到500千瓦。 大大提高实验精度和速度。 届时，中国散裂中子源将测量更小的样品，研究更快的动态过程，满足更多用户的需求！

（科技日报）