3月30日，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中國(guó)散裂中子源二期工程啟動(dòng)。
中國(guó)散裂中子源位于廣東省東莞市，由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所建設(shè)運(yùn)行，是我國(guó)首臺(tái)異地建設(shè)的大科學(xué)裝置。2018年，中國(guó)散裂中子源一期工程建成，成為我國(guó)第一臺(tái)、世界第四臺(tái)脈沖式散裂中子源裝置，現(xiàn)已運(yùn)行5年多。
按計(jì)劃，二期工程將以5年9個(gè)月工期，提升加速器性能并建設(shè)11臺(tái)中子譜儀和實(shí)驗(yàn)終端。建成后，加速器打靶束流功率將從一期的100千瓦設(shè)計(jì)指標(biāo)提高到500千瓦，中子譜儀數(shù)量將增加到20臺(tái)，并新增國(guó)內(nèi)首臺(tái)繆子實(shí)驗(yàn)終端和高能質(zhì)子實(shí)驗(yàn)終端。
“中國(guó)散裂中子源裝置研究能力將大幅提升，實(shí)驗(yàn)精度和效率將顯著提高，能夠?yàn)樘剿骺茖W(xué)前沿，解決國(guó)家重大需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵科學(xué)問題提供科技利器?！敝袊?guó)散裂中子源二期工程總指揮、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所副所長(zhǎng)王生說。
一期現(xiàn)狀：已完成1500余項(xiàng)課題
中國(guó)散裂中子源被譽(yù)為探索物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的“超級(jí)顯微鏡”。
正如醫(yī)院里的X光能拍出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，不帶電的中子可以暢通無阻地穿過樣品，也可以與樣品的原子核碰撞、散射。探明中子軌跡，就可以精準(zhǔn)了解物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。
2018年8月23日，中國(guó)散裂中子源通過國(guó)家驗(yàn)收，并將對(duì)國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域的用戶開放。
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部中子科學(xué)部副主任張俊榮介紹，裝置投入運(yùn)行以來，中國(guó)散裂中子源已完成用戶實(shí)驗(yàn)課題1500余項(xiàng)，含港澳臺(tái)地區(qū)及國(guó)外課題100余項(xiàng)，涵蓋了能源、物理、材料、工程等多個(gè)前沿交叉和高科技研發(fā)領(lǐng)域，在航空航天關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測(cè)、鋰離子電池、太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)、稀土磁性、新型高溫超導(dǎo)、功能薄膜、高強(qiáng)合金、芯片單粒子效應(yīng)等重點(diǎn)領(lǐng)域取得了一批科技創(chuàng)新成果。
“作為粵港澳大灣區(qū)首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，中國(guó)散裂中子源也為粵港澳大灣區(qū)建設(shè)綜合性國(guó)家科學(xué)中心、打造國(guó)際科技創(chuàng)新中心提供了重要科技內(nèi)核?！蓖跎f。
與此同時(shí)，中國(guó)散裂中子源的用戶數(shù)量迅速增加，注冊(cè)用戶已超過6000人；機(jī)時(shí)供不應(yīng)求。
“正是由于中國(guó)散裂中子源豐碩的成果產(chǎn)出和強(qiáng)烈的用戶需求，二期工程得以快速立項(xiàng)并啟動(dòng)建設(shè)?！蓖跎f。
科研人員在加速器中控室值班。李子鋒攝
二期目標(biāo)：提升能力，擴(kuò)展范圍
2022年12月26日，中國(guó)散裂中子源二期工程批復(fù)立項(xiàng)。
“二期工程將在一期工程基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)新的跨越?！蓖跎嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，一期工程時(shí)間緊、投資有限，主要解決了我國(guó)散裂中子源“從無到有”的問題，預(yù)留了比較大的升級(jí)空間，二期工程的主要任務(wù)，一是提升能力，二是擴(kuò)展范圍。
“提升能力”指的是加速器打靶束流功率將從一期工程的100千瓦設(shè)計(jì)指標(biāo)提高到500千瓦。
“衡量散裂中子源的一個(gè)重要指標(biāo)就是束流功率?！蓖跎f，功率提升后，中國(guó)散裂中子源在同等時(shí)間內(nèi)能產(chǎn)生更多中子，不僅能有效縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，還能使實(shí)驗(yàn)分辨率更高，能夠測(cè)量更小的樣品、研究更快的動(dòng)態(tài)過程。
中國(guó)散裂中子源二期工程將在一期11臺(tái)譜儀的基礎(chǔ)上，再建設(shè)9臺(tái)中子譜儀和2個(gè)實(shí)驗(yàn)終端，建成后中子譜儀數(shù)量將增加到20臺(tái)，并新增國(guó)內(nèi)首臺(tái)繆子實(shí)驗(yàn)終端和高能質(zhì)子實(shí)驗(yàn)終端。
“不同的研究對(duì)象和目標(biāo)，需要的研究手段不同，這就要求我們建設(shè)更多類型的譜儀或?qū)嶒?yàn)終端來支持各類研究。一期譜儀的覆蓋面還是比較廣的，但是隨著需求逐漸增加，現(xiàn)有譜儀的覆蓋面和技術(shù)能力還可以繼續(xù)提升。”王生說。
王生介紹，二期工程將重點(diǎn)擴(kuò)展磁性超導(dǎo)量子材料研究、生命科學(xué)研究、催化化工研究等多個(gè)應(yīng)用方向。
靶站譜儀大廳。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖
工程技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)問題已基本解決
中國(guó)散裂中子源在一期建設(shè)階段，就在開展二期關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。
“大科學(xué)工程的技術(shù)水平高，成千上萬的設(shè)備里，很多都是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，需要自主研發(fā)。如果有大的技術(shù)難關(guān)沒有攻克的話，就不可能按時(shí)完成工程建設(shè)?！蓖跎f。
正因如此，在二期工程正式啟動(dòng)前，關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)通過預(yù)制研究基本解決。
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部加速器技術(shù)部副主任李曉介紹，中國(guó)散裂中子源二期工程已經(jīng)在關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研方面取得重要進(jìn)展，國(guó)內(nèi)首臺(tái)高功率高梯度磁合金加載腔已正式投入運(yùn)行，P波段大功率速調(diào)管順利通過驗(yàn)收。
此外，中子探測(cè)器、中子導(dǎo)管、中子極化器的研制也取得了突破，為中國(guó)散裂中子源二期工程的成功建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
高功率高梯度磁合金加載腔。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖
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