中國散裂中子源RCS設(shè)備樓 視覺中國供圖
中國散裂中子源直線加速器 中國散裂中子源供圖
中國散裂中子源靶站 中國散裂中子源供圖
“散裂中子源等一批具有國際一流水平的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施通過驗(yàn)收?！?月28日，在中國科學(xué)院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科協(xié)第十次全國代表大會上，習(xí)近平總書記的重要講話，讓中國散裂中子源團(tuán)隊(duì)感到無比的振奮。
從20世紀(jì)90年代末期的謀劃，到2011年10月在廣東東莞奠基；到2018年8月23日，通過國家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行；再到如今用戶課題申請非常踴躍，實(shí)驗(yàn)機(jī)時供不應(yīng)求……中國散裂中子源“橫空出世”，填補(bǔ)了國內(nèi)脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白，使得我國成為全世界第4個擁有脈沖式散裂中子源的國家。
中國散裂中子源就像“超級顯微鏡”，是研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的理想探針，已成為我國材料科學(xué)技術(shù)、物理、化學(xué)化工、生命科學(xué)、資源環(huán)境和新能源等學(xué)科的先進(jìn)、功能強(qiáng)大的科研平臺。
“超級顯微鏡”散裂中子源應(yīng)運(yùn)而生
在現(xiàn)代科學(xué)產(chǎn)生之前，人類是用肉眼觀察世界。后來，科學(xué)家發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，第一次看到了肉眼無法直接觀察到的細(xì)胞和細(xì)菌等微觀世界。而電子顯微鏡比光學(xué)顯微鏡的分辨率更高，可以看到更小的病毒。
人類對微觀世界的探索隨著技術(shù)手段的提高，越來越走向深入，“超級顯微鏡”散裂中子源應(yīng)運(yùn)而生。
中子散射就像“探針”，是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有力手段之一。
既然中子散射的用處如此之大，科學(xué)家們?nèi)绾潍@得實(shí)驗(yàn)用的中子？中子在正常狀態(tài)下，被原子核緊緊束縛著，并不能輕易地離開原子核；盡管自然界中存在自由中子，但這些中子的壽命很短，最多只能存在15分鐘，且不易收集。于是科學(xué)家們要建設(shè)一個類似于“中子工廠”的大科學(xué)裝置，源源不斷地產(chǎn)生中子。
之前，世界上正在運(yùn)行的脈沖式散裂中子源只有英國的ISIS、美國的SNS和日本的J-PARC。中國科學(xué)家意識到，只有建設(shè)自己的散裂中子源，才能擁有自己的“火眼金睛”，不需要依賴別人的“眼睛”去探索微觀世界。
建設(shè)中國散裂中子源的建議，起源于20世紀(jì)90年代末期關(guān)于中國高能物理發(fā)展戰(zhàn)略的研究。中國科學(xué)院高能物理研究所和中國原子能科學(xué)研究院的老科學(xué)家們指出了建設(shè)散裂中子源對國家科技發(fā)展的必要性。1999年9月份，中國科學(xué)院高能物理研究所與中國原子能科學(xué)研究院向科技部提交了建設(shè)散裂中子源的建議。2000年8月份，兩家單位正式提出國家重大科學(xué)工程——“多用途中子科學(xué)裝置脈沖強(qiáng)中子源”項(xiàng)目建議。
經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家的深入討論和研究，散裂中子源被列入了國家“十一五”大科學(xué)裝置建設(shè)計(jì)劃。中國科學(xué)院高能物理研究所和物理研究所的科學(xué)家們開始著手設(shè)計(jì)和預(yù)制研究。
2006年5月，中國散裂中子源最后選擇了東莞市大朗鎮(zhèn)。2011年10月，總投資23億元的中國散裂中子源裝置終于在東莞奠基，工期6年半。2012年5月，中國散裂中子源工程土建動工。
工程建設(shè)過程中的“攔路虎”被一一干掉
中國散裂中子源建在13米到18米深的地下，其中直線加速器隧道長240米，環(huán)形加速器周長228米，相當(dāng)于半個足球場大小。其建設(shè)內(nèi)容包括一臺8千萬電子伏特的直線加速器、一臺16億電子伏特的快循環(huán)同步加速器、一個靶站以及一期三臺供科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的中子散射譜儀。
中國散裂中子源裝置不僅極為龐大，而且部件繁多，工藝極其復(fù)雜，制造和安裝過程面對許多困難。
中國科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部副主任金大鵬介紹，快循環(huán)同步加速器的25赫茲（Hz）交流磁鐵在我國屬首次研制，其間遇到了超乎想象的技術(shù)挑戰(zhàn)，鐵芯和線圈的振動開裂、渦流發(fā)熱等都是以前經(jīng)驗(yàn)之外的新問題。
“關(guān)鍵技術(shù)掌握在國外大公司手中，要不來，買不來。我們的科研人員與工廠技師聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過6年時間，改方案、換廠家，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?！苯鸫簌i說。
另外，針對磁鐵磁場飽和，科研人員還創(chuàng)新性地提出了諧振電源的諧波補(bǔ)償方法，解決了多臺磁鐵之間的磁場同步問題，其效果優(yōu)于國外散裂中子源。
除了設(shè)備，工程建設(shè)也是一個“攔路虎”。
由于地質(zhì)原因，加速器隧道等土建工程延誤了1年多，大大壓縮了設(shè)備安裝和調(diào)試的時間。整個工程能否按原定工期竣工驗(yàn)收成為一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵時刻，團(tuán)隊(duì)決心“后墻不倒”，對國家承諾的竣工時間不能推遲，必須千方百計(jì)搶時間。
于是將原定在隧道里測試好的設(shè)備先在地面大廳安裝調(diào)試，建設(shè)人員經(jīng)過幾百個日日夜夜的奮斗，終于趕回了工期。
在散裂中子源國際顧問委員會年度會議上，外國專家感嘆中國散裂中子源工程建設(shè)的“中國速度”：“難以想象你們在短短的1年完成了如此大量的工作”。
從工程動工起，中國科學(xué)院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生就把東莞當(dāng)成自己的第二個家。對于自己的付出，他渾然不覺，反而很心疼團(tuán)隊(duì)里的年輕人。
“過年的時候堅(jiān)持調(diào)試運(yùn)行，年輕人沒有任何怨言、積極參加，我感到很高興?！标惡蜕f，這些年的努力，不僅把工程完成了，把年輕的隊(duì)伍也培養(yǎng)起來了。
記者了解到，中國科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部已培養(yǎng)出了一支年輕隊(duì)伍，近400名科研工程人員，平均年齡36歲。
3臺譜儀綜合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平
對中國散裂中子源來說，2018年8月23日是個難忘的日子。經(jīng)過十余年的籌備和6年半的建設(shè)，當(dāng)天中國散裂中子源項(xiàng)目順利通過國家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。
驗(yàn)收委員會專家認(rèn)為，中國散裂中子源的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)。裝置整體設(shè)計(jì)先進(jìn)，研制設(shè)備質(zhì)量精良，靶站最高中子效率和3臺譜儀綜合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。
驗(yàn)收委員會專家還認(rèn)為，中國散裂中子源通過自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，在加速器、靶站、譜儀方面取得了一系列重大技術(shù)成果，顯著提升了我國在高功率散裂靶、磁鐵、電源、探測器及電子學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，使我國在強(qiáng)流質(zhì)子加速器和中子散射領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大跨越。例如，國內(nèi)首次研制成功25Hz交流諧振勵磁的大型磁鐵、中子靶站等。
諾貝爾獎獲得者、著名物理學(xué)家李政道先生獲悉后，給陳和生院士發(fā)來祝賀，并衷心希望祖國科學(xué)家利用中國散裂中子源做出世界一流實(shí)驗(yàn)成果，為發(fā)展先進(jìn)科技立功。
2019年2月19日，諾貝爾獎獲得者、著名物理學(xué)家楊振寧先生到東莞訪問中國散裂中子源。他對項(xiàng)目的成功建設(shè)表示贊賞，對項(xiàng)目滿足國家前沿科學(xué)研究和國家戰(zhàn)略需求發(fā)揮的積極作用表示肯定。
驗(yàn)收通過后，中國散裂中子源的科研人員并沒有停下奮斗的腳步，而是朝著更高的目標(biāo)前進(jìn)。
根據(jù)國際同類裝置的調(diào)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，中國散裂中子源最初考慮在項(xiàng)目驗(yàn)收之后3年內(nèi)，即至2021年8月束流功率達(dá)到100千瓦設(shè)計(jì)指標(biāo)。
鉚足勁的科研人員一心想著通過努力，把時間往前趕。2020年2月28日，打靶束流功率達(dá)到100千瓦的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并開始100千瓦穩(wěn)定供束運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)時間比原計(jì)劃提前一年半。
“我們國家想要做國際最先進(jìn)的科學(xué)研究，需要做出最好的研究平臺。所以散裂中子源第一次打靶成功時，就是我們最高興的時候?！?月22日，在“科普中國—我是科學(xué)家”第34期專題活動上，陳和生院士說。
中國散裂中子源自2018年9月開放運(yùn)行至今，共完成五輪用戶實(shí)驗(yàn)，正在進(jìn)行第六輪，用戶課題申請非常踴躍，實(shí)驗(yàn)機(jī)時供不應(yīng)求，五輪共完成國內(nèi)外科研與工業(yè)界的課題500余項(xiàng)（含國外和港澳課題30余項(xiàng)），圍繞國際科技前沿和國家重大需求，取得了多項(xiàng)成果。
金大鵬介紹，目前中國散裂中子源正在建設(shè)合作譜儀，并申請二期建設(shè)，以更好地滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略和國際前沿研究對中子散射研究和應(yīng)用的迫切需求。
中國散裂中子源的總體目標(biāo)是建設(shè)我國在相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)和高技術(shù)領(lǐng)域的具備原始創(chuàng)新能力的團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)我國科技和工業(yè)等方面技術(shù)的發(fā)展，至2030年，帶領(lǐng)我國中子散射技術(shù)和應(yīng)用科學(xué)全面進(jìn)入世界先進(jìn)行列。
（源自科技日報(bào)2021年6月3日第5版 原地址：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-06/03/content_469035.htm?div=-1）
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