“超级显微镜”：上天入地下海的国之重器

▲中国散裂中子源直线加速器位于地下17米处。郑阳，本报记者

CSNS项目目标站分光计大厅。郑阳，本报记者

中国散裂中子源环形加速器位于地下17米。郑阳，本报记者

8月28日上午10点，在广东省东莞市中国散裂中子源(CSNS)靶站的光谱仪控制室，研究人员盯着屏幕，紧张地站在一旁。只有总工程师兼项目经理陈和生院士下令，加速器的质子束首次撞击金属钨靶，并成功获得中子束。在场的工程师们激动地见证了这一历史性时刻——中国散裂中子源的首次成功发射！中国有自己的散裂中子源

被称为“超级显微镜”的散裂中子源是了解微观世界的利器。最初只有英国、美国和日本有这种设备。作为“十二五”期间建成的最大科学仪器，CSNS将成为发展中国家第一个散裂中子源，跻身世界四大脉冲散裂中子源之列，为高水平科研成果提供强有力支撑，为解决国家可持续发展和国家安全战略要求中的诸多瓶颈问题提供先进平台。

这个国家的“金眼”到底是什么样的？它将扮演什么角色？9月1日，《经济日报》的记者来到CSNS公园寻找答案。

小中子，大装置

国有化率超过96%

地下17米深的CSNS加速器隧道让记者看到了这个将被关闭并投入试运行的“怪物”——它包括一个8000万电子伏的负氢离子线性加速器、一个16亿电子伏的快速循环质子同步加速器、两条光束传输线、一个目标站、即将建造的前三个分光计等。

那么，为什么CSNS会成为理解微观世界的“超级显微镜”？这从微小而神奇的中子开始。

众所周知，x光可以拍摄人体的医学图像。在材料科学、化学、生命科学和医学领域，科学家们也希望有一种工具可以像x光一样拍摄材料的微观结构。中子散射技术是一种非常强大的工具，可以用来研究内部结构，如DNA、蛋白质、飞机材料等。

中国科学院院士陈和生告诉记者，中子的发现和应用是20世纪最重要的科技成果之一。中子散射已成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一，因为它不带电荷且具有穿透性，能够区分轻元素、同位素和邻近元素，并且是非破坏性的。

当中子入射到样品上，并与其原子核或磁矩相互作用产生散射时，可以通过测量散射中子能量和动量的变化来研究各种物质的微观结构和运动规律陈和生院士解释说:“打个形象比喻，假设我们面前有一张无形的网。我们不断扔出许多玻璃球，一些穿过网，一些击中网，从不同的角度射击。如果这些弹珠的轨迹被记录下来，网的形状就可以被粗略地估计出来。如果弹珠分布足够广，密度足够大，强度足够大，就可以准确描绘出网，甚至可以推断出它的材质。”

虽然中子很小，但产生强中子束的散裂中子源是一个非常大的装置，由各种高、精、尖的设备组成。世界上正在运行的脉冲散裂中子源主要包括英国的ISIS、美国的SNS和日本的J-PARC。中国的CSNS是世界第四大城市。

“CSNS的建设克服了许多关键的核心技术问题，设备的国产化率超过96%。许多设备的发展已达到国内外先进水平。”陈和生院士自豪地介绍道。

如此高的本地化率是如何产生的？该项目副总经理傅士年分享了该设备研发过程中的一个未知故事。“以加速器技术为例，与国内外大多数加速器不同，CSNS快周期同步加速器上的主磁体真空室不能由金属材料制成，而必须由陶瓷制成。这种大型陶瓷真空室有特殊的技术要求，国外公司要价极高。由于资金有限，我们决心自己开发。与此同时，科技人员与许多制造商合作，并在几年中反复开发它们。最后，他们开发了一个满足设计要求的原型。得知这一消息后，外国公司立即大幅降低了报价。”

在天堂和人间展示自己的技能

5年或开始肿瘤治疗的新时代

经过10年的建设，CSNS即将竣工，并将很快开始工业化探索的第一步。

8月11日，中国科学院高能物理研究所与东方阳光集团签署合作协议。双方将利用散裂中子源开展硼中子俘获治疗(BNCT)项目，预计将在未来五年开启中国肿瘤治疗的新时代。“BNCT是一种利用中子辐射治疗肿瘤的技术。它能有效杀死癌细胞而不损伤周围组织，具有安全性高、定位准确、价格相对低廉等特点。”东阳光集团董事长张中能表示。

魔法中子如何定向“引爆”癌细胞？东方阳光研究所所长唐新发介绍说，首先，一种含有硼的无毒药物被注射到癌症患者体内。因为硼与癌细胞有很强的亲和力，它会很快“潜伏”在癌细胞中。此时，当加速器产生的中子束用于照射肿瘤部位时，中子将被癌细胞中的硼捕获，并在癌细胞中发射出高破坏性的射线。这种射线射程短，只有一个细胞长，所以它只能杀死癌细胞，而正常的周围组织不会受到损害。

中国科学院高能研究所所长王院士透露，该所将充分利用散裂中子源研发平台，结合东阳光集团肿瘤药物研究能力，计划建成首个商业化的治疗中心。

事实上，散裂中子源提供的比生命科学更多。作为一个新的多学科研究平台，它在材料科学、化学工业、资源与环境、新能源等领域有着广阔的应用前景。可以说，它可以从天而降，进入海洋。

为此，陈和生院士举了许多例子。“1998年6月，一列德国城际特快列车意外出轨，造成重大伤亡。最后，人们发现事故的罪魁祸首是那辆老旧的车轮。原因是英国的散裂中子源。”陈和生告诉记者，高速铁路的轮轨和飞机的涡轮机翼都有应力，这决定了高速铁路和飞机的使用寿命和安全性。然而，这种压力是看不见也摸不着的，它的研究已经成为避免类似灾难的关键。现在，科学家已经能够测量和研究剥落中子源上的轮轨和机翼的残余应力，优化加工工艺，使高速铁路和飞机更加安全和舒适。

“再举一个例子，如果在海底开采可燃冰时出现泄漏，后果将不堪设想。散裂中子源可用于研究可燃气体甲烷水合物的形成机理和稳定条件，其结果将为安全高效地开发利用可燃冰提供科学依据陈和生说。

待建的中关村科技城

引领粤港澳海湾地区产业升级

中国的散裂中子源具有世界上其他三个散裂中子源所没有的优势——它与制造业紧密结合。

CSNS位于广东省东莞市——位于珠江三角洲的核心区域，拥有2028家*高新技术企业。显然，技术创新正在引领产业转型升级。“我们期待将国家科技项目的强大科技辐射与珠江三角洲地区的强大经济实力相结合，为粤港澳及海湾地区的科技发展和产业升级做出重大贡献。”陈和生说。

东莞市副市长黄庆辉透露，东莞正计划依托散裂中子源，建设一座总面积约45.7平方公里的中子科学城。

中子科学城所在区域是广深科技创新走廊的重要战略节点。目前，该地区聚集了一批具有国际影响力和国际视野的高端创新元素，包括CSNS、华为终端总部等科研创新机构和国际企业。该地区将聚集大量高素质人才，仅华为终端项目就将派驻3万名R&D人员。建成后，CSNS将吸引来自全国乃至世界各地的顶尖研究人员前来进行科学实验和工业应用。在高峰期，大约600名科学家可以同时进行研究。

如何将制造业优势与散裂中子源科技成果转化相结合，形成相关产业的集聚发展，是东莞当前的探索方向。

黄庆辉表示，CSNS成立后，推动了中国中子散射相关技术和工业应用的快速发展，尤其是在大珠三角地区。合作伙伴包括中山大学、华南理工大学、工业和信息化部第五电子研究所、中国科学院深圳先进技术研究所等。根据广东省的统一部署，广东省高级高端材料实验室也将设在东莞，依靠散裂中子源推动材料科学技术的发展。接下来，实验室将由华南理工大学和散裂中子源领导。各省市将联合建设实验室，整合中国科学院高能研究所、广东省科学院等科研资源，形成“前沿研究、应用研究、产业技术研究、产业转型”的全链研究模式，打造具有国际影响力的新高地。