我國迄今單項投資規(guī)模最大的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——中國散裂中子源終于建成。3月25日，該裝置通過了中國科學(xué)院組織的工藝鑒定和驗收，成為我國第一臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源，填補(bǔ)了國內(nèi)脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白。

“散裂中子源”通俗來說就是一個用中子散射來了解微觀世界的工具，因此被形象地稱作“超級顯微鏡”，是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的“國之重器”。

中國散裂中子源工程總指揮、中國科學(xué)院院士陳和生說，很多人使用光學(xué)顯微鏡去觀察肉眼無法直接看到的細(xì)胞和細(xì)菌，而中子探測的世界更為微觀，用中子照相的方法，能夠觀測一滴水是如何從一株植物的根部運(yùn)輸?shù)街θ~上的。借此可以用于治療癌癥、檢測飛機(jī)高鐵安全性等。

不過，要產(chǎn)生中子這個比原子還小的粒子并不容易。按照陳和生的說法，需要將質(zhì)子加速到16億電子伏特——相當(dāng)于0.9倍光速，把質(zhì)子束當(dāng)成“子彈”，去轟擊原子系數(shù)很高的重金屬靶，金屬靶的原子核被撞擊出質(zhì)子和中子后，科學(xué)家才能通過特殊的裝置來“收集”中子。

在這個過程中，質(zhì)子加速是一大核心技術(shù)，而將質(zhì)子加速到16億電子伏特的關(guān)鍵就在于一個名為射頻功率源的系統(tǒng)，后者因此被稱作“超級顯微鏡”的“動力心臟”。中國散裂中子源通過驗收時，由中國航天科工二院23所提供的近50臺套功率源設(shè)備同樣全部達(dá)到驗收指標(biāo)。

事實上，因為射頻功率源系統(tǒng)中很多關(guān)鍵設(shè)備尚無國產(chǎn)先例，加上可靠性要求極高，這些年，不少廠家望而卻步或鎩羽而歸。中國散裂中子源加速器部經(jīng)理傅世年說，航天科工二院23所是散裂中子源項目從開始堅持到最后的唯一一家關(guān)鍵設(shè)備配套商，啃下了加速器里80%的硬骨頭。

時任射頻功率源系統(tǒng)工程技術(shù)負(fù)責(zé)人、航天科工二院資產(chǎn)運(yùn)營部部長肖海潮表示，23所下屬航天廣通的科研人員，用了整整10年才拿下整個射頻功率源系統(tǒng)。他們研制出國內(nèi)首套200mhz以上大功率四極管功率源、國內(nèi)首套應(yīng)用于加速器系統(tǒng)的數(shù)字低電平系統(tǒng)——這些都是“填補(bǔ)空白”。

散裂中子源的出現(xiàn)突破了反應(yīng)堆中子源中子通量的極限。當(dāng)快速粒子如高能質(zhì)子轟擊重原子核時，一些中子被“剝離”，或被轟擊出來，在核反應(yīng)中被稱為散裂。散裂反應(yīng)和裂變反應(yīng)的不同點是：它不釋放那么高的能量，但它可以將一個原子核打成幾塊，可能是三塊，也可能是四塊，這個過程中會產(chǎn)生中子、質(zhì)子、介子、中微子等產(chǎn)物，對開展核物理前沿課題研究和應(yīng)用研究非常有用，且所產(chǎn)生的中子還會在相臨的靶核上繼續(xù)通過核反應(yīng)產(chǎn)生中子——即核外級聯(lián)。一個質(zhì)子在后靶大概可以產(chǎn)生20到30個中子，這是散裂中子源的基本條件。

20世紀(jì)80年代起，質(zhì)子加速器驅(qū)動的散裂中子源，逐漸地進(jìn)入實際應(yīng)用階段。其原理比較簡單，用中能強(qiáng)流質(zhì)子加速器，產(chǎn)生1gev左右的中能質(zhì)子（束功率為兆瓦量級）轟擊重元素靶（如鉛、鎢或者鈾、釷重靶），在靶中產(chǎn)生散裂反應(yīng)，具有高有效中子通量、無放射性核廢料等特征。

散裂中子源的特點是在比較小的體積內(nèi)可產(chǎn)生比較高的中子通量，每個中子能量沉積比反應(yīng)堆低4-8倍 單位體積的中子強(qiáng)度比裂變堆高4-8倍 可用較低功率產(chǎn)生與高通量堆相當(dāng)或更高的平均中子通量。要達(dá)到1×1015/cm2.s 的平均中子通量，散裂源需5兆瓦束功率，而高通量堆則需60兆瓦熱功率。散裂中子源的脈沖特性是由加速器所決定的，因此它的脈沖化對于中子通量并不造成損失，如果配上飛行時間技術(shù)，可以具有很高的時間分辨性能，對于開展材料和生命科學(xué)中，包括一些中子核物理，一些動態(tài)特性的研究極為關(guān)鍵。散裂中子源能提供的中子能譜更加寬廣，它可以提供從電子伏特，到幾百兆電子伏特寬廣能區(qū)的中子，大大地擴(kuò)展了中子科學(xué)研究的范圍，拓深了中子科學(xué)研究的領(lǐng)域。發(fā)達(dá)國家正把建設(shè)高性能散裂中子源作為提高科技創(chuàng)新能力的重要措施。

在中國散裂中子源驗收的當(dāng)天，陳和生提到，整個設(shè)備國產(chǎn)化率超過90%，顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)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，技術(shù)和綜合性能進(jìn)入國際同類裝置先進(jìn)行列。

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