探物“盡精微” 應用“致廣大”(科技自立自強)

中國散裂中子源快循環同步加速器。

中國散裂中子源航拍。

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3月30日，中國散裂中子源迎來又一重要時刻——二期工程啟動建設。建成后，裝置的研究能力將大幅提升，基本覆蓋中子散射所有應用領域，實驗精度和效率將顯著提高，能夠為探索科學前沿、解決國家重大需求和產業發展關鍵問題提供更加堅實的支撐。

在一期工程運行5年多的基礎上，3月30日，位于廣東省東莞市松山湖科學城的中國散裂中子源二期工程啟動建設。這是世界第四臺、我國第一臺脈沖型散裂中子源。

散裂中子源被稱為“超級顯微鏡”，是以中子為“探針”，“看穿”材料的微觀結構。5年多來，這座依山而建的國家重大科技基礎設施，已向中外科學家完成11輪開放，每年運行時間超過5000小時，開放時長和效率都處于國際同類裝置的領先水平。目前，注冊用戶超過6000人，已完成1500多項課題。二期工程啟動建設后，將帶來哪些新期待?

透視微觀世界，探索科學前沿

提到散裂中子源，很多人可能不清楚它是做什么的。其實，鋰離子電池、高強合金、芯片元器件等當今生產生活不可或缺的技術、設備，在研發中都可以用到散裂中子源。

用中國科學院院士、中國散裂中子源工程指揮部總指揮陳和生的話說，散裂中子源就像一種“超級顯微鏡”，通過粒子的高速撞擊“散裂”出大量中子，再把中子作為“探針”，研究物質材料的內部微觀結構。

中國散裂中子源以提供機時的方式向中外研究機構和科學家開放，一經投入運行，用戶便迅速增加，機時供不應求。已完成的1500余項用戶實驗課題，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，在航空航天關鍵部件應力檢測、鋰離子電池、太陽能電池結構、稀土磁性、新型高溫超導、功能薄膜、高強合金、芯片單粒子效應等重點領域取得一批科技創新成果。

從航空關鍵部件的金屬疲勞到高鐵車輪的服役安全性和服役壽命，從電動汽車的電池性能到高溫超導材料的自旋漲落……5年多來，依托散裂中子源取得的研究成果，既直面國家重大戰略需求，又助力大灣區高端制造業發展。

治療癌癥的新手段——硼中子俘獲治療裝置，是散裂中子源在醫療領域產生的重大科技成果轉化項目，由散裂中子源建設過程中積累的技術轉化而來。該裝置目前已經在東莞市人民醫院部署，即將開展臨床研究。

二期工程將建設11臺中子譜儀和實驗終端

正是由于散裂中子源豐碩的成果產出和強烈的用戶需求，二期工程得以快速立項并啟動建設。據中國科學院高能物理研究所副所長、中國散裂中子源二期工程總指揮王生介紹，二期工程初步設計概算于2024年1月9日獲國家發展改革委批復，建設周期為5年9個月。建成后，裝置在同等時間內能產生更多中子，不僅能有效縮短實驗時間，還能使實驗分辨率更高，能夠測量更小的樣品、捕捉更快的動態過程。

二期工程將建設11臺中子譜儀和實驗終端，建成后中子譜儀總數將增加到20臺，新建的中子譜儀將聚焦磁性超導量子材料、生命科學、催化材料等研究領域，還要新建國內首臺繆子實驗終端和高能質子實驗終端。

所謂“中子譜儀”，可以看作是依托散裂中子源建設、面向不同學科和研究領域的實驗平臺。二期新建成的中子譜儀和實驗終端，將應用于稀土功能材料設計研發、拓撲和超導材料研發、鋰離子電池和儲氫電池研發、深海可燃冰和頁巖油的開采存儲、癌癥和病毒藥物研發、催化研究等，涵蓋量子信息、生物醫藥、航空航天、集成電路、新能源、新材料等領域。“20臺中子譜儀，每一臺都可以是面向不同領域不同產業的‘顯微鏡’。”王生說。

此外，打靶束流功率是衡量散裂中子源性能的重要指標。中國散裂中子源二期工程計劃將加速器打靶束流功率，從一期的100千瓦設計指標提高到500千瓦。功率提升后，中國散裂中子源中子散射應用的覆蓋范圍和能力將達到國際先進水平。“屆時，中國散裂中子源的研究能力將基本覆蓋中子散射所有應用領域。”王生說。

在關鍵技術預研方面取得重要進展

“中國散裂中子源運行5年多來，供束時間、供束效率和同期成果產出均達到世界同類裝置領先水平。隨著中國散裂中子源二期工程啟動建設，裝置的研究能力將大幅提升，研究領域將進一步拓展，實驗精度和效率將顯著提高，也必將為推動高質量發展注入新的動力之源。”中國科學院高能物理研究所所長王貽芳表示。

作為粵港澳大灣區首個國家重大科技基礎設施，其研發建設本身，離不開雄厚的科研實力和制造能力，這在中國散裂中子源建設中已得到驗證。目前，中國散裂中子源二期工程已經在關鍵技術預研方面取得重要進展，國內首臺高功率高梯度磁合金加載腔已正式投入運行，P波段大功率速調管順利通過驗收。此外，中子探測器、中子導管、中子極化器的研制也取得了突破，為二期工程的成功建設奠定了堅實的技術基礎。

“二期工程作為升級工程，完成工程建設任務的同時，要保證散裂中子源正常開放運行不受大的影響。”王生表示，在近6年的建設過程中，因工程建設需要的額外停機時間將不超過6個月，并在工程建設中不斷提高束流功率，增加開放的譜儀數量，促進更多高質量研究成果產出。