作為最早落地珠三角的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，中國散裂中子源經(jīng)過10多年的建設(shè)和運行，已取得一批重要成果。在散裂中子源科學(xué)中心主任陳延偉看來，大科學(xué)裝置是幫助我國在未來科技競爭中不受制于人的“國之重器”，也是高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。
“隨著中國散裂中子源二期工程建設(shè)即將啟動，未來的譜儀數(shù)量將增加到20臺左右，設(shè)備研究能力將大幅度提升，為前沿科學(xué)、國家重大需求和國民經(jīng)濟發(fā)展提供更先進的研究平臺。”他說。
建設(shè)過程突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)
中國散裂中子源落戶東莞，最初便有支撐廣東和珠三角產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的考慮。陳延偉介紹，2006年前后項目選址時，時任中國科學(xué)院院長路甬祥曾提出，珠三角地區(qū)改革開放做得非常好，國際聯(lián)系非常廣泛，經(jīng)濟實力雄厚，可以支撐大科學(xué)裝置的發(fā)展，同時這里還有發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)、推動轉(zhuǎn)型升級的迫切要求。
2006年5月，時任中國科學(xué)院高能物理研究所所長陳和生帶隊到廣東調(diào)研，最終將建設(shè)地點選在了東莞。
大科學(xué)裝置對科技創(chuàng)新的重要作用，早在其建設(shè)階段便已凸顯。中國散裂中子源的建設(shè)過程，也是自主攻關(guān)掌握核心關(guān)鍵技術(shù)的過程。
“大科學(xué)裝置旨在探索未知世界，發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，實現(xiàn)技術(shù)變革，其本身就是極為復(fù)雜的大型科學(xué)系統(tǒng)，在建設(shè)過程中，我們要不斷克服新難題。”陳延偉說。
他舉例說，裝置建設(shè)中，快循環(huán)同步加速器的25Hz交流磁鐵是關(guān)鍵設(shè)備，在我國屬首次研制。“鐵芯和線圈的振動開裂、渦流發(fā)熱等都是新問題，帶來了超乎想象的技術(shù)挑戰(zhàn)。”他說，科研人員與工廠技師聯(lián)合攻關(guān)，歷時6年，多次改方案、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。“針對磁鐵的磁場飽和，我們還創(chuàng)新性地提出了諧振電源的諧波補償方法，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。”
在建設(shè)過程中取得的技術(shù)突破，對其他領(lǐng)域也產(chǎn)生了積極的影響。據(jù)介紹，中國散裂中子源各項設(shè)備的批量生產(chǎn)在全國近百家合作單位完成。通過自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，許多設(shè)備的研制達到國際先進水平，核心設(shè)備國產(chǎn)化率達90%以上，這不僅大大降低了裝置成本，還有力提升了廣東乃至國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和制造能力。
由于工藝水平高、產(chǎn)品質(zhì)量好，中國散裂中子源靶體部件的制造單位還成功中標了世界上第五臺脈沖式散裂中子源——歐洲散裂中子源的靶體部件訂單。
為堅持制造業(yè)當(dāng)家插上“科創(chuàng)翅膀”
作為探究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的“超級顯微鏡”，如今，中國散裂中子源已經(jīng)成為廣東和粵港澳大灣區(qū)科技創(chuàng)新的一張?zhí)厣?ldquo;名片”。在1月28日下午全省高質(zhì)量發(fā)展大會“制造業(yè)當(dāng)家與科技自立自強”分組討論中，中國科學(xué)院廣州分院副院長孫龍濤便提及，中國散裂中子源助力大灣區(qū)高端制造業(yè)發(fā)展取得系列成效，如對“奮斗者”號萬米載人潛水器焊接工藝進行驗證，開展超級鋼、分子篩吸附劑、量子材料研究等。
陳延偉列出了一組數(shù)據(jù)：2018年9月底正式對中外用戶開放后，中國散裂中子源已完成8輪運行，注冊用戶超4300人，完成課題800余項，大科學(xué)裝置的綜合效應(yīng)開始逐步顯現(xiàn)。
以對深海潛水器等大型工程部件進行殘余應(yīng)力和服役性能檢測為例，殘余應(yīng)力是指在材料、部件加工、服役等過程中保留在其內(nèi)部的應(yīng)力，可能導(dǎo)致工程部件的變形乃至失效。“深海潛水器的殼體是鈦合金焊接的，下潛海底萬米，要扛住巨大的海水壓強，焊接的可靠性至關(guān)重要。”陳延偉說，中國散裂中子源對其焊接模擬件進行檢測，了解不同焊接工藝的殘余應(yīng)力參數(shù)，為殼體壽命預(yù)測、焊接工藝選擇提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。
據(jù)了解，這項技術(shù)還被應(yīng)用在高鐵車輪等大型高速運動工程部件的研發(fā)與測試中。廣東省模具行業(yè)也計劃與中國散裂中子源合作，通過對材料應(yīng)力的研究，提升模具的耐用度。
此外，中國散裂中子源在磁性材料、納米功能材料、高效催化劑、自旋電子學(xué)、有機太陽能薄膜電池、金屬玻璃、高分子聚合物、生物大分子等領(lǐng)域也取得了一批成果，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了源頭動能。
令人期待的是，1月上旬，根據(jù)中國科學(xué)院高能物理研究所消息，中國散裂中子源二期工程可行性研究報告已獲得國家發(fā)展改革委批復(fù)，標志著二期工程項目前期立項工作取得關(guān)鍵性進展。目前，項目正在加快開展初步設(shè)計，爭取盡早開工建設(shè)。
陳延偉介紹，二期工程項目主要建設(shè)11臺中子譜儀和實驗終端，提升加速器和靶站的束流功率。他展望，項目建成后，中國散裂中子源綜合性能將達到國際先進水平，滿足國家戰(zhàn)略需求和世界科學(xué)前沿研究對高性能中子散射的要求，為高水平科技自立自強作出更多貢獻。
“大科學(xué)裝置形成更為突出的集聚效應(yīng)，也能夠更好服務(wù)廣東制造業(yè)升級，為堅持制造業(yè)當(dāng)家插上‘科創(chuàng)翅膀’。”陳延偉說。
加速大灣區(qū)科技合作與人才流通
高質(zhì)量發(fā)展離不開高素質(zhì)人才，當(dāng)前，粵港澳大灣區(qū)正加快建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心、綜合性國家科學(xué)中心和高水平人才高地。陳延偉表示，作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)科研“利器”，中國散裂中子源科研氛圍濃厚，對高端人才有著強大的吸引力。
他介紹，目前中國散裂中子源已培養(yǎng)了一支500多人的科研和工程隊伍，35歲以下年輕人占比超過70%，充滿了創(chuàng)新創(chuàng)造的活力，一批青年科學(xué)家已成長為重要項目或平臺的負責(zé)人。
現(xiàn)任中國科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部中子科學(xué)部研究員的童欣，曾在國外學(xué)習(xí)、工作超過15年，如今在中國散裂中子源負責(zé)新建非彈性譜儀等工作，帶領(lǐng)一支國際團隊扎根東莞開展科研。
在童欣看來，從中國散裂中子源落地，到松山湖材料實驗室布局，從大灣區(qū)大學(xué)選址，到香港城市大學(xué)(東莞)落戶，一個個重大創(chuàng)新平臺和重要高校院所的到來，使得一大批科學(xué)家集聚在此，讓松山湖科學(xué)城的概念更加深入人心。2020年7月，國家發(fā)展改革委、科技部已批復(fù)同意東莞松山湖科學(xué)城與深圳光明科學(xué)城共同建設(shè)大灣區(qū)綜合性國家科學(xué)中心先行啟動區(qū)。
松山湖科學(xué)城毗鄰港澳，中國散裂中子源也為港澳科學(xué)家提供了前所未有的便利，進一步促進了粵港澳三地科技創(chuàng)新的人才和要素流通。
“中國散裂中子源從建設(shè)起，就與港澳科研機構(gòu)保持著良好的合作與互動。”陳延偉說，2019年3月，中國科學(xué)院高能物理研究所與香港城市大學(xué)共同成立的“中國科學(xué)院—香港地區(qū)中子散射科學(xué)技術(shù)聯(lián)合實驗室”正式揭牌;2020年1月，由散裂中子源科學(xué)中心、東莞理工學(xué)院、香港城市大學(xué)、澳門大學(xué)共同建設(shè)的“粵港澳中子散射科學(xué)技術(shù)聯(lián)合實驗室”正式啟動。
香港大學(xué)黃明欣教授團隊發(fā)明的超強超韌的“超級鋼”，就是通過中國散裂中子源來分析其成分、結(jié)構(gòu)，驗證了其研究結(jié)果。此外，香港中文大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、澳門科技大學(xué)等單位的用戶也在這里開展了多項實驗研究。
“中國散裂中子源這幾年的科學(xué)產(chǎn)出里，有四分之一是粵港澳大灣區(qū)的用戶。”陳延偉用數(shù)據(jù)說話，他表示，大科學(xué)裝置是基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的前沿科學(xué)平臺，未來中國散裂中子源將繼續(xù)向科學(xué)未知領(lǐng)域發(fā)起沖擊，支撐企業(yè)自主創(chuàng)新和制造業(yè)當(dāng)家，為廣東高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的科技支撐。
