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?gòu)椣虿煌嵌取Ｈ绻麖椫榘l(fā)得足夠多且強(qiáng)，人們就能通過彈珠的軌跡反向推測(cè)出網(wǎng)的形狀。
一些科學(xué)家把組成原子核的基本粒子之一的中子比作“彈珠”，他們要描繪的“網(wǎng)”是在原子、分子尺度上各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。他們?cè)O(shè)計(jì)出“超級(jí)顯微鏡”——散裂中子源，這既是產(chǎn)生強(qiáng)脈沖中子的裝置，也是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的利器。
世界上已有的三臺(tái)散裂中子源分別位于美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)盧瑟福實(shí)驗(yàn)室和日本原子能機(jī)構(gòu)在茨城縣東海的實(shí)驗(yàn)室。9月1日，中國(guó)散裂中子源工程經(jīng)理、中國(guó)科學(xué)院院士陳和生宣布，中國(guó)散裂中子源主體工程順利完工，進(jìn)入試運(yùn)行階段。
“超級(jí)顯微鏡”長(zhǎng)啥樣？
坐落于廣東省東莞市大朗鎮(zhèn)的中國(guó)散裂中子源，乍看是幾棟銀灰色的建筑物。陳和生指著沙盤說，工程“奧秘”在地下。
整個(gè)裝置建在地下十余米處。負(fù)氫離子束流通過長(zhǎng)200米的直線加速器和束流輸運(yùn)線，能量達(dá)到80兆電子伏特。“它們”轉(zhuǎn)彎“跑”入周長(zhǎng)228米的快循環(huán)同步加速器，經(jīng)剝離膜轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，再“跑”兩萬(wàn)圈，把能量提高20倍、達(dá)到16億電子伏特。
接著，高能量的質(zhì)子撞擊到鎢金屬靶上釋放出中子。中子形成的極強(qiáng)中子束流經(jīng)慢化后與試驗(yàn)樣品發(fā)生散射，即“彈珠入網(wǎng)”。用戶便可以通過中子散射譜儀進(jìn)行探測(cè)。
陳和生說，中國(guó)散裂中子源規(guī)劃了20臺(tái)中子譜儀，首批建設(shè)3臺(tái)，包括用于研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的通用粉末衍射儀，研究物質(zhì)的表面和界面結(jié)構(gòu)的多功能反射儀，以及探測(cè)物質(zhì)體系在1至100納米尺度內(nèi)的微觀和介觀結(jié)構(gòu)的小角散射儀。
“我們預(yù)留出足夠的升級(jí)空間，現(xiàn)在正在向國(guó)家申請(qǐng)二期工程建設(shè)，屆時(shí)新建譜儀，并把束流功率從100千瓦升級(jí)到500千瓦?！标惡蜕鷮?duì)中新社記者說。
“超級(jí)顯微鏡”由誰(shuí)建？
中國(guó)散裂中子源在“十一五”期間立項(xiàng)、“十二五”期間重點(diǎn)建設(shè)，這是迄今為止中國(guó)單項(xiàng)投資規(guī)模最大的大科學(xué)裝置，由中國(guó)科學(xué)院和廣東省共同建設(shè)。項(xiàng)目法人單位為中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所，共建單位為中國(guó)科學(xué)院物理研究所。
據(jù)介紹，項(xiàng)目總投資為23億元人民幣，遠(yuǎn)低于美國(guó)散裂中子源花費(fèi)的14億美元。
距離中國(guó)科學(xué)家首次集中提出建設(shè)散裂中子源的設(shè)想已過去16年。他們?cè)诖似陂g攻克諸多技術(shù)難題，降低建設(shè)成本，使中國(guó)散裂中子源的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到96.7%。
“大科學(xué)工程的一項(xiàng)使命是帶動(dòng)國(guó)內(nèi)制造水平的提升。”中國(guó)散裂中子源工程常務(wù)經(jīng)理馬力說。他以快循環(huán)同步加速器中的25赫茲交流磁鐵為例說，這項(xiàng)技術(shù)被國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)科研人員與技師經(jīng)過6年時(shí)間攻關(guān)，不僅研制出合格的產(chǎn)品，更是創(chuàng)新性提出諧振電源的諧波補(bǔ)償方法，解決了多臺(tái)磁鐵間的磁場(chǎng)同步問題。
“超級(jí)顯微鏡”有啥用？
德國(guó)一輛城際快車在1998年意外出軌，事后調(diào)查人員把車輪放在英國(guó)散裂中子源上檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)“真兇”是車輪內(nèi)部裂痕。
專家解釋，看不見、摸不著的應(yīng)力，恰恰決定了鐵軌、渦輪、機(jī)翼等關(guān)鍵器件的使用壽命和安全性。借用散裂中子源可以測(cè)量它們的剩余應(yīng)力，由此優(yōu)化機(jī)械加工工藝。
“超級(jí)顯微鏡”還可用來(lái)研究可燃?xì)怏w甲烷水合物的形成機(jī)制及穩(wěn)定條件，為安全高效開采利用可燃冰提供科學(xué)依據(jù)。該裝置與民生也息息相關(guān)，比如用于食品輻照保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒滅菌等。
中國(guó)散裂中子源已邁出產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的第一步。8月11日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與東陽(yáng)光集團(tuán)宣布聯(lián)合攻關(guān)“硼中子俘獲治療項(xiàng)目”，讓中子與磞—10“碰撞”去“炸死”癌細(xì)胞。
在東莞市副市長(zhǎng)黃慶輝看來(lái)，“超級(jí)顯微鏡”將推動(dòng)形成粵港澳大灣區(qū)科技核心，帶動(dòng)珠三角地區(qū)科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、教育等協(xié)同功能的發(fā)揮。
附件下載：
