——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
試想面前有一張看不見(jiàn)的網(wǎng),人們不斷扔出玻璃彈珠。有的彈珠穿網(wǎng)而過(guò),有的彈珠打在網(wǎng)上再?gòu)椣虿煌嵌取H绻麖椫榘l(fā)得足夠多且強(qiáng),人們就能通過(guò)彈珠的軌跡反向推測(cè)出網(wǎng)的形狀。
一些科學(xué)家把組成原子核的基本粒子之一的中子比作“彈珠”,他們要描繪的“網(wǎng)”是在原子、分子尺度上各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。他們?cè)O(shè)計(jì)出“超級(jí)顯微鏡”——散裂中子源,這既是產(chǎn)生強(qiáng)脈沖中子的裝置,也是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的利器。
世界上已有的三臺(tái)散裂中子源分別位于美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)盧瑟福實(shí)驗(yàn)室和日本原子能機(jī)構(gòu)在茨城縣東海的實(shí)驗(yàn)室。9月1日,中國(guó)散裂中子源工程經(jīng)理、中國(guó)科學(xué)院院士陳和生宣布,中國(guó)散裂中子源主體工程順利完工,進(jìn)入試運(yùn)行階段。
“超級(jí)顯微鏡”長(zhǎng)啥樣?
坐落于廣東省東莞市大朗鎮(zhèn)的中國(guó)散裂中子源,乍看是幾棟銀灰色的建筑物。陳和生指著沙盤說(shuō),工程“奧秘”在地下。
整個(gè)裝置建在地下十余米處。負(fù)氫離子束流通過(guò)長(zhǎng)200米的直線加速器和束流輸運(yùn)線,能量達(dá)到80兆電子伏特。“它們”轉(zhuǎn)彎“跑”入周長(zhǎng)228米的快循環(huán)同步加速器,經(jīng)剝離膜轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子,再“跑”兩萬(wàn)圈,把能量提高20倍、達(dá)到16億電子伏特。
接著,高能量的質(zhì)子撞擊到鎢金屬靶上釋放出中子。中子形成的極強(qiáng)中子束流經(jīng)慢化后與試驗(yàn)樣品發(fā)生散射,即“彈珠入網(wǎng)”。用戶便可以通過(guò)中子散射譜儀進(jìn)行探測(cè)。
陳和生說(shuō),中國(guó)散裂中子源規(guī)劃了20臺(tái)中子譜儀,首批建設(shè)3臺(tái),包括用于研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的通用粉末衍射儀,研究物質(zhì)的表面和界面結(jié)構(gòu)的多功能反射儀,以及探測(cè)物質(zhì)體系在1至100納米尺度內(nèi)的微觀和介觀結(jié)構(gòu)的小角散射儀。
“我們預(yù)留出足夠的升級(jí)空間,現(xiàn)在正在向國(guó)家申請(qǐng)二期工程建設(shè),屆時(shí)新建譜儀,并把束流功率從100千瓦升級(jí)到500千瓦?!标惡蜕鷮?duì)中新社記者說(shuō)。
“超級(jí)顯微鏡”由誰(shuí)建?
中國(guó)散裂中子源在“十一五”期間立項(xiàng)、“十二五”期間重點(diǎn)建設(shè),這是迄今為止中國(guó)單項(xiàng)投資規(guī)模最大的大科學(xué)裝置,由中國(guó)科學(xué)院和廣東省共同建設(shè)。項(xiàng)目法人單位為中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,共建單位為中國(guó)科學(xué)院物理研究所。
據(jù)介紹,項(xiàng)目總投資為23億元人民幣,遠(yuǎn)低于美國(guó)散裂中子源花費(fèi)的14億美元。
距離中國(guó)科學(xué)家首次集中提出建設(shè)散裂中子源的設(shè)想已過(guò)去16年。他們?cè)诖似陂g攻克諸多技術(shù)難題,降低建設(shè)成本,使中國(guó)散裂中子源的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到96.7%。
“大科學(xué)工程的一項(xiàng)使命是帶動(dòng)國(guó)內(nèi)制造水平的提升?!敝袊?guó)散裂中子源工程常務(wù)經(jīng)理馬力說(shuō)。他以快循環(huán)同步加速器中的25赫茲交流磁鐵為例說(shuō),這項(xiàng)技術(shù)被國(guó)外企業(yè)壟斷,國(guó)內(nèi)科研人員與技師經(jīng)過(guò)6年時(shí)間攻關(guān),不僅研制出合格的產(chǎn)品,更是創(chuàng)新性提出諧振電源的諧波補(bǔ)償方法,解決了多臺(tái)磁鐵間的磁場(chǎng)同步問(wèn)題。
“超級(jí)顯微鏡”有啥用?
德國(guó)一輛城際快車在1998年意外出軌,事后調(diào)查人員把車輪放在英國(guó)散裂中子源上檢測(cè),發(fā)現(xiàn)“真兇”是車輪內(nèi)部裂痕。
專家解釋,看不見(jiàn)、摸不著的應(yīng)力,恰恰決定了鐵軌、渦輪、機(jī)翼等關(guān)鍵器件的使用壽命和安全性。借用散裂中子源可以測(cè)量它們的剩余應(yīng)力,由此優(yōu)化機(jī)械加工工藝。
“超級(jí)顯微鏡”還可用來(lái)研究可燃?xì)怏w甲烷水合物的形成機(jī)制及穩(wěn)定條件,為安全高效開(kāi)采利用可燃冰提供科學(xué)依據(jù)。該裝置與民生也息息相關(guān),比如用于食品輻照保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒滅菌等。
中國(guó)散裂中子源已邁出產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的第一步。8月11日,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與東陽(yáng)光集團(tuán)宣布聯(lián)合攻關(guān)“硼中子俘獲治療項(xiàng)目”,讓中子與磞—10“碰撞”去“炸死”癌細(xì)胞。
在東莞市副市長(zhǎng)黃慶輝看來(lái),“超級(jí)顯微鏡”將推動(dòng)形成粵港澳大灣區(qū)科技核心,帶動(dòng)珠三角地區(qū)科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、教育等協(xié)同功能的發(fā)揮。
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