欧洲中子源青黄不接 十年内或陆续关闭

法国劳厄-朗之万研究所的中子源照片:彼得·雷伊/RGB风险投资公司/超级市场/阿拉米

在接下来的5-10年里，欧洲科学家面临着用于研究的中子束的急剧减少，尽管世界上最强大的中子源预计将于本世纪末在瑞典开始。这是一个被委托评估欧洲许多即将关闭的老化中子反应堆并就如何避免甚至减少中子束短缺提出建议的专家小组所说的。

被称为“中子景观小组”的专家组(NLG)在欧洲科学研究基础设施战略论坛发布的最新路线图中公布了调查结果，该论坛向欧洲理事会报告。该路线图于2006年首次发布，将提供一份推荐的泛欧科学研究设施滚动清单，这些设施被认为具有突出的科学意义，并得到一个或多个欧盟成员国的财政支持。

2016年路线图强调了21个项目，其中5个是自2010年版本发布以来增加的:大气、河流和海洋系统以及食品安全设施研究，以及建造一个新的太阳能望远镜和一个新的文化遗产中心。第六个项目是建造在地中海底部的名为KM3NeT的中微子望远镜。该项目于2006年首次作为一个独立的观测站被纳入，今年它再次进入了路线图。

中子审查是一个更广泛的“景观分析”的一部分，该分析旨在制定一个路线图，试图确定欧洲科学研究基础设施是否存在重大差距或重叠。由瑞典乌普萨拉大学的物理学家科林·卡莱尔和意大利佩鲁贾大学的学者卡特琳娜·皮特里洛主持的NLG指出，欧洲6000多名科学家和工程师使用中子来研究材料的结构和行为。这些材料的范围从磁铁和超导体到塑料和蛋白质。然而，NLG表示，欧洲运行中的中子源有三分之二建于20世纪60年代和70年代，大多数计划在未来10年内关闭。

欧洲散裂中子源(ESS)建造于瑞典隆德，将使用质子加速器产生世界上最强大的中子束，计划于2019年开始运行。然而，NLG解释说，有限的启动资源意味着该设施最多只能有16台仪器，只能运行到2028年。这将使研究人员面临比现在更糟糕的情况。目前，他们拥有的40台仪器组成了位于法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所(ILL)，该研究所正在运行。

然而，由法国、德国和英国这三个运营伊利诺伊州的国家签署的条约将于2023年到期。该专家组表示，如果到那时国际激光核聚变实验堆将被关闭，欧洲其他稍差的中子源将在未来几年内被关闭，那么在未来15年内，可用于研究的中子将减少40% ~ 50%。

卡莱尔说，这种减少不仅对当前的科学研究具有破坏性，而且还使得年轻的研究人员更难获得基于中子的测量经验。"使用这些设施的人没有到达那里的垫脚石。"卡莱尔说，“这与大学里能得到x光源的用户完全不同。”

上述专家组表示，如果ILL和其他有停堆风险的中子源至少运行到2030年，未来15年的中子产量可能保持在当前水平的20%以内。卡莱尔估计这些延误将花费大约2亿欧元。尽管这不是一笔小数目，但它比建造大型新设施(如斯洛文尼亚就业服务局)所需的资金少得多。然而，卡莱尔认为，ILL所有者是否想延长反应堆的寿命还有待观察，因为该反应堆将有50多年的历史，并将位于一个空间极其有限的城市。“ILL的关闭将给中子研究领域带来重大损失，但所有者和用户都不想公开讨论这个问题。”

卡莱尔还担心，到2025年，ESS将无法达到5兆瓦的总功率。“我非常有信心，只要得到适当的政治支持，这个项目将按时交付。”他说，“然而，有一件事让我担心，为了节省加速部件的费用，当ESS的功率达到2MW时，他们会停止运行。”

目前，NLG正在对一份更长的报告进行最后的润色。该报告还将分析2030年后的中子供应情况，并提出确保长期中子供应的选项。卡莱尔说，这包括成立一个类似于欧洲南方天文学家天文台的联盟组织，以协调全欧洲基于中子的研究，并建造许多其他中等通量的中子源，每个中子源的成本约为5亿欧元。(宗华)

《中国科学新闻》(国际，第三版，2016年3月24日)

阅读更多

《自然》杂志的相关报道