“超级显微镜”正式投入试运行 可为多个领域提供研究支撑

1998年6月，一列德国城际特快列车意外出轨，造成101名乘客死亡。调查发现，这场悲剧的罪魁祸首是老旧车轮上形成的裂缝。事实上，在高速轨道的*和轨道中，以及在飞机的涡轮机和机翼中，都有应力——它是无形的，但它决定了大型设备如飞机和高速轨道的安全和寿命。研究它显然成为从根本上避免类似灾难的关键。

科学家发现，一种先进的科学仪器可以帮助他们“捕捉”大型部件中的应力，这就是散裂中子源。几天前，中国的散裂中子源第一次成功瞄准并获得一束中子，标志着这一科学仪器正式进入试运行阶段。中国科学家不再需要使用美国、英国和日本的散裂中子源装置进行研究。中国已成为世界上第四个拥有散裂中子源“超级显微镜”的国家。在9月1日举行的新闻发布会上，中国科学院院士陈和生依然兴奋不已:“首次获得中子束的目标原本定在今年秋天，但现在已经提前实现，调试进度比世界上其他散裂中子源快得多。结果令人鼓舞。”

透视物质微观结构的利器。

8月28日上午10: 00，在广东省东莞市大朗镇的中国散裂中子源靶站谱仪控制室，在项目总指挥陈和生的指挥下，加速器的质子束首次击中金属钨靶。研究人员紧张地盯着控制系统的屏幕，期待见证这个项目的一个历史性时刻。10点56分，研究人员分别测量了目标站的中子束线6和20的中子能谱，散裂中子源成功获得了中子束。

“这完全符合计算。测试成功了一次，比预期的还要顺利！”陈和生说。

理解散裂中子源从中子开始。正如中学物理课本中提到的，世界上的物质由分子和原子组成，原子内部有原子核。原子核包含中子。中子不带电荷，对某些原子核非常敏感，这使它们能够“拍摄”材料的微观结构和内部运动规律。因此，它们可以成为科学家探测各种物质分子内部结构的“探针”。散裂中子源也被科学家描述为“超级显微镜”。

“如果把一种物质的分子比作一个大网，那么原子核就是网中的节点。我们可以向大网投掷许多中子“弹珠”。一些“弹珠”会穿过网的洞，而另一些“弹珠”会与网上的节点和线碰撞，朝不同的方向飞去。如果所有“弹球”的轨迹都可以清楚地测量出来，那么网的结构就可以通过计算得到颠倒，而且投出的“球”越多，网的结构就描述得越准确陈和生对散裂中子源的原理给出了一个通俗的解释。

用于探测物质结构的中子需要大量制造，但中子非常不稳定，平均寿命不到15分钟，不能直接用于科学研究。因此，一种能够获得高性能中子的科学仪器——中子源应运而生。过去，科学家使用核反应堆来制造中子源。随着近年来技术的进步和安全评估的要求，散裂中子源已经成为一种更好的选择。

它将成为世界上最先进的跨学科研究平台。

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科学仪器，它是各种高、精、尖设备的集合体。

目前，世界上三大散裂中子源分布在英国、美国和日本。为此，美国投资14亿美元，日本投资18亿美元，而中国的总投资预计将达到23亿元。整个装置建在大朗镇项目区地下13米至18米处。项目一期占地400亩。“作为发展中国家的第一个散裂中子源，我们的性能和精度将与美国的散裂中子源相当，但我们的设计理念更加优化。”陈和生说。

如此巨大的投资能给科技发展带来什么样的回报？

据陈和生称，英国、美国和日本此前已使用各自的散裂中子源对相关行业的尖端技术进行研究，如锂电池、离子导体、石化材料和飞机用高速铁路材料。中国的散裂中子源也将成为世界上最先进的跨学科研究平台。除了本文开头提到的应力研究等中国相关产业发展的瓶颈问题之外，散裂中子源还可以为中国的材料科学、新能源、化学化工、电子器件等领域提供强有力的研究支持，并将大大加快中国相关领域的研究进程。

如果将其应用于深海高压环境下可燃冰的安全开采，科学家可以在散裂中子源处模拟深海环境，研究可燃冰内部物质在压力释放过程中的取向和多重结构，从而找到合适的释放条件。

如果应用于制药工业，药物化学废物的处理成本非常高，因为一些药物成分主要是从一些挥发性和易燃的有机溶剂中提取的。研究人员可以通过散裂中子源找到新的方法来减少废物的产生，从而大大降低药物废物的处理成本。

散裂中子源也将成为科研成果转化的平台。8月11日上午，中国科学院院士王签署了中国散裂中子源第一个产业化项目——硼中子俘获治疗()项目。BNCT是一种使用中子辐射的肿瘤治疗技术，它能有效杀死癌细胞而不损伤周围组织。BNCT具有安全性高、定位准确、价格相对低廉的特点。该项目有望在未来5年内成为我国治疗肿瘤疾病的新方法。

“十年磨一剑”打造中国自己的散裂中子源

2001年2月，在国家科委主办的象山科学大会上，专家们提出了在中国建立散裂中子源的设想。为了优化科学仪器在全国的布局，促进区域发展，2006年在东莞大朗安置了散裂中子源。"我们期待这一历史性时刻已经有10年了。"陈和生说。

据了解，中国的散裂中子源是“十一五”和“十二五”期间建设的一项重大科技基础设施。它是由中国科学院和广东省共同建造的。法人实体是中国科学院高能物理研究所，共建实体是中国科学院物理研究所。自2006年以来，中国科学院支持相关关键技术的前期研究，克服了许多技术难题。加速器、靶站和光谱仪工艺设备的批量生产已在全国近100个合作单位完成。许多设备的发展达到了国内外先进水平，设备的国产化率达到96%以上，带动了相关企业的技术创新。

散裂中子源的原理涉及核物理。许多人怀疑这种科学仪器的安全性。陈和生说，与核反应堆不同，散裂中子源不是核装置，没有核燃料，动力来自电能。但是，对于电磁辐射等辐射效应，整个项目的辐射量不到国家标准的十分之一。如果一个人在散裂中子源附近停留一年，所获得的辐射量只相当于一次飞机飞行，因此安全性和环保性都很高。

目前，世界上另外三个散裂中子源都是开放的实验平台。全世界的用户都可以对散裂中子源装置提出要求。在用户科学委员会筛选项目后，他们可以进行顺序排队实验。

中国科学院高能物理研究所党委书记潘为民表示，中国散裂中子源成功获取中子束标志着散裂中子源主体工程圆满完成，进入试运行阶段。预计这一公益性科学仪器将于2018年春季正式向国内外科研机构和企业用户开放。今后，散裂中子源还将应用于国家二期工程的建设，包括新光谱仪的建设等。

(作者:我们的记者杨舒)