11月12日，中山大學和散裂中子源科學中心聯合建設的高能直接幾何非彈性中子散射飛行時間譜儀（下稱“高能非彈譜儀”）在廣東東莞揭牌，預計明年正式投入使用。這是我國首臺非彈性中子散射飛行時間譜儀，填補了我國高能非彈性中子散射領域的空白，主要性能指標達到國際先進水平。

高能非彈譜儀將成為科學家觀察物質材料的新“中子眼睛”，有望進一步揭示高溫超導材料的機理和微觀秘密?！跋ＭV儀開放運行后，堅持面向世界科技前沿和國家戰略需求，主動服務粵港澳大灣區，積極推動我國中子科學與技術發展?！敝袊茖W院院士、中山大學校長高松說。

國家需要的“5號線”

中子散射譜儀就像一臺“中子版”的超級顯微鏡。用x光、磁共振等技術看不透的物質內部，用中子散射譜儀有可能看清。

中國散裂中子源副研究員任清勇介紹，當特定速度的中子轟擊樣品，其與樣品內部的原子等發生撞擊，不同的結果就能反映出樣品材料的不同特性。用“中子視角”觀察材料，能看到用其他方法看不到的細節。

為這臺“顯微鏡”提供光源的是中子源。在位于東莞的中國散裂中子源，高能量的質子束流經過一條超長的“跑道”后撞上一個鎢靶，發生散裂反應，產生中子。圍繞靶心，20條中子通道呈放射狀分布，高能非彈譜儀位于其中的“5號線”。

在這里，設計入射能量范圍為10-1毫電子伏的中子從慢化器射出，擊打在物質樣品上面，分別沿著不同的方向以不同的能量射出。分析這些撞擊結果，數據可用于物質的晶格振動、磁性激發和晶體場激發等特性研究，為物理、化學、材料、力學和交叉學科研究提供支撐。

自主研制國內首個費米斬波器

中山大學物理學院副院長、教授王猛介紹，從2017年開始，中大就與中國科學院高能物理研究所開展合作，計劃在散裂中子源上建設我國第一臺高能直接幾何非彈性中子散射飛行時間譜儀。2019年，高能非彈譜儀通過可研評審，正式開始建設。

任清勇形象地描述：“高能非彈譜儀需要用到高壓氦-3管子組成的陣列探測器來探測中子。一條氦-3管價值40萬元，等于一輛不錯的轎車了。目前譜儀里已經裝上了150條，未來還要加裝100條。”

高能非彈譜儀建設的過程可謂一波三折,核心部件之一“費米斬波器”，其核心技術主要由歐美國家掌握。中大訂購的費米斬波器過境某國進行測試，竟然被該國拒絕審批放行，導致貨期延誤超過一年，嚴重影響建設進度。

為保證高能非彈譜儀順利建成，科研人員自主研制了國內首個費米斬波器，填補了空白。經過快速的迭代改進，目前性能已經基本達到設計指標。

今年6月，高能非彈譜儀順利測量到了釩的聲子譜，標志著中國首臺高能非彈性中子散射譜儀建設成功。

有望揭示高溫超導機理

“我出國前，我國還不具備非彈性中子散射研究的實驗條件，中國人想做研究，要向其他國家中子源申請?！蓖趺驼f，以英國的中子源為例，科研項目排隊已經排到18個月后。

2016年前后，正在國外讀博士后的王猛了解到我國正在廣東東莞建設中國第一個散裂中子源，而且進展順利?；貒?，他很快就參與推進與中國散裂中子源合作建設高能非彈譜儀。

王猛介紹，此前，高能非彈譜儀已經面向全球征集科學項目，未來預計每年開展2次審批，從科學價值、設備適用程度等維度篩選出合適的項目。

王猛團隊今年7月在《自然》雜志上發文，報道在全球率先發現新型雙層鎳氧化物超導體，引起國內外研究人員高度關注?！案吣芊菑椬V儀有可能為高溫超導機理研究帶來全新的認識。”王猛說，團隊從理論上預言，相比其他超導材料而言，鎳氧化物超導材料會有更高能量的磁激發信號，“但關鍵的數據我們還沒有測到，高能非彈譜儀正式投入使用后，我們可以利用中子譜儀觀察鎳氧化物的微觀結構，獲取磁性、自旋動力學等數據”。

除了高溫超導材料外，高能非彈譜儀也可以為能源材料、磁性材料等領域研究提供機理研究的幫助，為新材料開發打下基礎。

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