 |
中國散裂中子源裝置內的直線加速器。南方日報記者 孫俊傑 攝 |
3月試運行至今，中國散裂中子源已在能源、材料等前沿領域取得重要科學成果
8月23日，歷經6年半建設工期，位於東莞大朗鎮的中國散裂中子源（CSNS）順利通過國家驗收，投入正式運行，對國內外各領域用戶開放。中國成為繼英、美、日之後，第4個擁有散裂中子源的國家。
“該裝置的建成，填補了國內脈衝中子應用領域的空白，將為物質科學、生命科學、新能源等諸多領域的基礎研究和高新技術開發提供強有力的研究平臺，對探索前沿科學問題、攻克產業關鍵核心技術、解決‘卡脖子’問題具有重要意義。”中國散裂中子源工程總指揮、工程經理陳和生表示。
作為國內首臺散裂中子源、粵港澳大灣區首個國家重大科技基礎設施，這臺探測物質微觀結構的“超級顯微鏡”也將為灣區打造國際科創中心注入強勁動能，推動灣區產業升級。
設備國產化率超過90%
走進散裂中子源科技園的大門，右上方是由國家出資18.6億元建設的主裝置區。整個裝置的“內核”藏在地下13—18米，由1臺8千萬電子伏特的負氫離子直線加速器、1臺16億電子伏特的快循環質子同步加速器、1個靶站及首批建設的3臺譜儀組成，通過600多米長的隧道進行連接。
進入散裂中子源的內部，可以看到紅、藍、綠三色的大型磁鐵環繞著分佈於隧道中，共計300多臺。這些龐大的設備容不得絲毫誤差。陳和生仍記得，自主研發快循環同步加速器中的25Hz交流磁鐵時，遇到了技術難關。“鐵芯和線圈的振動開裂、渦流發熱等都是前人經驗之外的新問題，我們請美、日研究所的專家專訪指點無起色，關鍵技術掌握在國外大公司手中，不可能告訴我們。”
換廠家、改方案，6年時間裡，科研人員與中國科學院高能物理研究所工廠聯合攻關，終於靠自己的力量研製出合格的磁鐵，並創新性地提出了諧振電源的諧波補償方法，效果優於日本散裂中子源。通過自主創新和集成創新，中國散裂中子源設備國產化率超過90%，多項技術和綜合性能進入國際同類裝置先進行列。
已完成21個樣品實驗
“從國內外大型科學裝置的操作經驗來看，從建成投入到穩定運行一般需要幾年時間，在這個磨合期內，我們還有很大的提升空間。”據中國科學院高能物理研究所副所長陳延偉介紹，下一步，團隊的首要任務是將機器調試到最佳狀態，進入穩定運行；同時，做好束流功率升級的準備工作；最為關鍵的一點，是加快二期譜儀建設。
目前，中國散裂中子源共有3臺譜儀，分別為粉末衍射儀、小角散射儀和多功能反射儀，全部由國家出資建設。“實際上，以裝置目前的能量和運力來看，相當於一個可以拉動20節車廂的火車頭，只拉了三節車廂，效率偏低。”
陳延偉表示，為進一步拓展研究領域和研究課題，中國散裂中子源已與用戶達成共建另外五臺譜儀的合作意向，並積極申請啟動二期譜儀建設，充分發揮裝置的作用，滿足用戶科研需求。
那麼，被譽為“國之重器”的散裂中子源究竟有哪些用途？陳和生向記者介紹：“可以利用散裂中子源來研究大型金屬部件的殘餘應力，這對於提高高鐵關鍵部件和航空發動機部件的性能，以及核電站部件的服役性能十分重要。此外，可燃冰、磁性材料的研究，以及化學反應催化劑的原位研究等，都可以使用散裂中子源。”
據介紹，自今年3月試運行以來，中國散裂中子源的首期3臺譜儀已完成10個用戶單位16個研究組的21個樣品實驗，並取得首批重要科學成果，涵蓋能源、物理、材料、工程等多個前沿交叉和高科技研發領域，如鋰離子電池材料、稀土磁性、新型高溫超導、功能薄膜等。
企業高校可申請免費使用
從昔日鬱鬱蔥蔥的荔枝林，到如今充滿科技感和現代化氣息的科技園，陳延偉和其他來自北京的中國科學院科學家一起，在東莞的大朗鎮度過了難以忘懷的12年。
“印象中最長的一次，有兩三個月沒回過家，每年待在東莞的時間超過300天，很難照顧家人。”陳延偉說，散裂中子源的初期建設團隊基本全部從北京派來，但沒有一個人為此猶豫。
得益於改革開放，東莞從珠江東岸的一個普通農業縣成長為“世界工廠”。“如今，散裂中子源工程雖不能直接產生GDP，卻能夠幫助東莞實現從來料加工產業到前沿科技的二次轉型。”陳和生表示。
對於粵港澳大灣區來說，中國散裂中子源的落地也將迸發出高科技創新和前沿技術人才儲備的巨大潛力。據陳和生介紹，目前港澳地區的許多大學已經開始吸引中子散射研究和應用的人才，建設相關的學科。香港城市大學與散裂中子源和東莞理工學院合作，正在建設多物理譜儀。中國科學院和香港裘槎基金從2015年開始支持散裂中子源和香港城市大學建立中子散射聯合實驗室，加速推動新增譜儀和其他中子散射交叉學科應用型裝置的建設。
“珠三角經濟發達，但科學研究相比京滬仍有差距，把散裂中子源放在廣東可以優化我國大科學裝置的佈局。”陳和生表示，散裂中子源將肩負發展中國中子散射研究和應用的重任，為粵港澳大灣區的科技創新和產業升級賦能，提升科技原生創新力，推動珠三角地區在高端前沿科技產業上的發展佈局，為灣區打造國際科創中心和全球創新高地提供強有力的支撐。
“國家花大力氣建設大型科學裝置，是為了給大家用的。企業、高校如果有研究需求，可以向平臺提出申請，免費使用，並將研究成果對外發布。”中國散裂中子源科研計劃辦公室副主任程賀表示。目前，散裂中子源已經開通用戶實驗申請平臺，每年可接受兩輪申請，第一輪報名截止日期為9月20日。
南方日報記者 王佳欣 陳啟亮
統籌：袁佩如
閱讀更多 南方日報 的文章
