位于東莞松山湖的中國(guó)散裂中子源

新華社記者 鄧華攝 

散裂中子源進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)看似高深，但其中一些與我們的生活息息相關(guān)。比如，中子散射是研究手機(jī)鋰電池的利器。

陳和生 中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)散裂中子源工程總指揮

“近期，中國(guó)散裂中子源大氣中子輻照譜儀成功出束，未來(lái)將為新型半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域的科研工作提供大氣中子輻照試驗(yàn)環(huán)境，填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。”近日，由中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)散裂中子源工程總指揮陳和生領(lǐng)銜的“散裂中子源國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目”獲得2021年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，陳和生透露，預(yù)計(jì)今年內(nèi)中國(guó)散裂中子源將啟動(dòng)二期工程建設(shè)，未來(lái)的譜儀數(shù)量將增加到20臺(tái)，覆蓋更加廣泛的研究領(lǐng)域，加速器打靶和靶站功率將從100千瓦提升到500千瓦，設(shè)備研究能力將大幅度提升。

國(guó)家大科學(xué)裝置中國(guó)散裂中子源位于廣東省東莞松山湖科學(xué)城。2006年選址東莞，2011年奠基，2018年8月正式投用，結(jié)束了珠三角地區(qū)無(wú)國(guó)家大科學(xué)裝置的歷史。“這是一個(gè)富有遠(yuǎn)見(jiàn)的決定。當(dāng)時(shí)還沒(méi)有提出粵港澳大灣區(qū)的概念，但中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)希望優(yōu)化中國(guó)大科學(xué)裝置的布局，讓科學(xué)院在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的雄厚實(shí)力與珠三角地區(qū)強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，以及對(duì)科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的迫切需求結(jié)合起來(lái)。”陳和生回憶道。

散裂中子源就像“超級(jí)顯微鏡”

“散裂中子源就像‘超級(jí)顯微鏡’，是研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的理想探針。”陳和生形象地比喻道。

有人可能會(huì)疑惑，這個(gè)大科學(xué)裝置具體有什么用呢？

陳和生說(shuō)：“散裂中子源進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)看似高深，但其中一些與我們的生活息息相關(guān)。比如，中子散射是研究手機(jī)鋰電池的利器。”

而在腫瘤治療領(lǐng)域，散裂中子源有望帶來(lái)重要技術(shù)革新。2020年8月，中國(guó)散裂中子源團(tuán)隊(duì)成功研制出我國(guó)首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加速器基硼中子俘獲治療（BNCT）實(shí)驗(yàn)裝置，為我國(guó)醫(yī)用BNCT治療裝置整機(jī)國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

記者了解到，目前團(tuán)隊(duì)正在與南方醫(yī)科大學(xué)附屬東莞醫(yī)院（東莞市人民醫(yī)院）共同推進(jìn)臨床試驗(yàn)相關(guān)工作，并吸引中國(guó)科學(xué)院控股有限公司等企業(yè)在東莞松山湖成立了BNCT產(chǎn)業(yè)化的公司。

中國(guó)散裂中子源是繼英國(guó)、美國(guó)、日本散裂中子源之后的世界第四臺(tái)脈沖式散裂中子源。它的建成，改變了以往我國(guó)科學(xué)家只能到國(guó)外散裂中子源上申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)的歷史。

各種高、精、尖設(shè)備組成的復(fù)雜整體

中國(guó)散裂中子源的建設(shè)并非易事。“散裂中子源裝置不僅造價(jià)高，而且技術(shù)復(fù)雜，是各種高、精、尖設(shè)備組成的復(fù)雜整體。”陳和生特別提到，“如快循環(huán)同步加速器的25赫茲交流磁鐵，在我國(guó)屬首次研制。其間遇到了超乎想象的技術(shù)挑戰(zhàn)，與國(guó)外的實(shí)驗(yàn)室合作也未能攻克難關(guān)。我們的科研人員與工廠技師聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過(guò)6年時(shí)間，逐一攻破技術(shù)難關(guān)，終于靠自己的力量研制出合格的磁鐵。”

針對(duì)交流磁鐵磁場(chǎng)飽和，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了諧振電源的高次諧波矢量控制方法，解決了多臺(tái)磁鐵之間的磁場(chǎng)同步問(wèn)題，其效果優(yōu)于國(guó)外散裂中子源。

截至目前，中國(guó)散裂中子源已經(jīng)在基礎(chǔ)科學(xué)研究和國(guó)家重大需求領(lǐng)域取得了一大批重要成果。注冊(cè)用戶來(lái)自國(guó)內(nèi)外，已超過(guò)3400人。疫情之前，幾乎每天都有幾十名來(lái)自全國(guó)各地的高校、研究所、高技術(shù)企業(yè)的用戶來(lái)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。香港大學(xué)黃明欣教授團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)散裂中子源的粉末衍射儀揭示了強(qiáng)度高而且韌性好的“超級(jí)鋼”微觀機(jī)制。

“中國(guó)散裂中子源共設(shè)計(jì)預(yù)留了20條中子通道，可建設(shè)20臺(tái)左右的中子譜儀，一期工程已建成并對(duì)用戶開(kāi)放3臺(tái)。正與粵港澳大灣區(qū)的高校、研究機(jī)構(gòu)積極開(kāi)展合作，共同建設(shè)8臺(tái)合作譜儀，其中2臺(tái)合作譜儀已經(jīng)建成，另外6臺(tái)將在未來(lái)2年內(nèi)陸續(xù)建成。這8臺(tái)中子譜儀都有自己的特長(zhǎng)，給不同領(lǐng)域的用戶提供相應(yīng)的研究手段。”陳和生說(shuō)。