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【東莞日報】中國散裂中子源為我國產生高水平的科研成果提供有力支撐 打靶功率未來將提升到500千瓦

  • 發布單位:黨委宣傳部(新聞中心)
  • 發布時間:2021-04-22
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“產生中子的方式主要有兩種,第一種是原子核的裂變反應,第二種就是中國散裂中子源用的方式,用高能質子去轟擊原子核,把原子核中的中子打出來,這種方式產生中子的效率要比核反應高……”中國科學院高能物理研究所東莞研究部副主任金大鵬這樣解釋散裂中子源的功能。

近日,沿著高速看中國(廣東)主題采訪活動走進位于東莞松山湖的中國散裂中子源,加速、打靶、反推……媒體記者們被物質微觀結構所吸引。

散裂中子源裝置就像“超級顯微鏡”

“物質到原子和分子的尺度,普通光學的辦法是看不到的,散裂中子源裝置就像‘超級顯微鏡’,類似于放大探測,是研究物質材料微觀結構的理想探針。” 金大鵬解釋。

2018年8月23日,中國散裂中子源按指標、按工期、高質量地完成了工程建設任務,其成功建設也使我國成為繼英國、美國和日本之后,全世界第四個擁有脈沖式散裂中子源的國家。中國散裂中子源是各種高、精、尖設備組成的整體。建設內容包括一臺負氫離子直線加速器、一臺快循環質子同步加速器、一個靶站,以及供科學實驗用的中子散射譜儀。

金大鵬向大家介紹了中國散裂中子源的工作原理。簡單來說,是先將氫氣電離成氫原子,把帶負電的電子附著在氫原子上,就成為負氫離子,經過加速穿過剝離膜,兩個核外電子被剝離掉,就變成了質子。在此基礎上,對質子進行加速,將能量從8000萬電子伏特增加到16億電子伏特,速度相當于0.9倍光速,用質子束去轟擊原子序數很高的重金屬靶,金屬靶的原子核被撞擊出質子和中子,通過特殊的裝置“收集”中子,開展各種實驗。

散裂中子源目前運行的譜儀有三臺

在中國散裂中子源,記者看到,工人們現場正在安裝11號譜儀,預計該譜儀今年下半年可以建成,主要用來檢測高精尖的航空航天電子芯片。

中國科學院高能物理研究所東莞研究部中子科學部副主任張俊榮介紹,中子從出發到實驗終端,最長譜儀接近100米,整個路徑平整度要求非常高,誤差不能大于頭發絲。

張俊榮指著一臺運行中的譜儀說,這臺主要是研究晶體的微觀結構,包括鋰電池、可燃冰、發動機葉片、高強度合金材料等。

“每種不同顏色束線代表著一臺不同的譜儀,散裂中子源譜儀是面向科學應用建設的,我們不是研究中子本身,而是利用產生的中子去研究材料,用戶的樣品在譜儀終端放置,中子束引出來后與樣品碰撞,然后去分析物質內部結構。” 張俊榮介紹。

中國散裂中子源目前正式運行的有三臺譜儀。今年1月,散裂中子源科學中心、東莞理工學院、香港城市大學共同建設的國內首臺中子全散射譜儀安裝成功。此外,還有5臺合作譜儀正在加緊建設當中。

未來譜儀數量將擴建到20臺左右

中國散裂中子源進入正式運行階段以來,裝置運行穩定可靠,加速器質子束流打靶功率提高到100千瓦,提前一年半達到設計指標;用戶申請非常踴躍,通過多輪開放運行,共完成國內外科研與產業界的課題400多個。

開展實驗以來,中國散裂中子源成果明顯,如新型納米材料、鋼材研究、糾正芯片工藝錯誤等。

未來,中國散裂中子源會將打靶功率提升到500千瓦。“由于我國是第一次設計散裂中子源,所以采取分步策略,第一步先設計100千瓦的打靶功率,但是保留了提高到500千瓦的能力,未來打靶功率提升到500千瓦,實驗能力也將得到大幅的提高。”金大鵬說。

金大鵬介紹,目前中國散裂中子源3臺譜儀做實驗遠遠不夠,每年實驗只能批準兩三成,未來譜儀的數量將增加到20臺左右。

中國散裂中子源將著力確保裝置高效、穩定、可靠運行,加強國內外開放共享;同時為了滿足交叉學科前沿研究和國家發展戰略的迫切需求,將不斷完善和改進裝置性能,擴大用戶群體,為我國產生高水平的科研成果提供有力支撐,助推粵港澳大灣區國際科技創新中心的發展和產業升級。

記者:范德全

原載于《東莞日報》2021年4月22日A03版

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