中国散裂中子源：支撑前沿研究 激活创新源头

• 2022-04-17 20:52:21 来源：科技日报

科技日报记者 叶青

“这个月初，中国散裂中子源大气中子辐照谱仪成功出束，未来将为新型半导体器件等领域的科研工作提供大气中子辐照试验环境，填补我国在该领域的空白。”4月15日，由中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生领衔的“散裂中子源国家重大科技基础设施项目”获得2021年度广东省科技进步奖特等奖，接受记者采访时，陈和生透露，预计今年内中国散裂中子源将启动二期工程建设，未来的谱仪数量将增加到20台，覆盖更加广泛的研究领域，加速器打靶和靶站功率将从100kW提升到500kW，设备研究能力将大幅度提升。

中国散裂中子源。受访单位供图

国家大科学装置中国散裂中子源位于广东省东莞松山湖科学城。2006年选址东莞，2011年奠基，2018年8月正式投用，结束了珠三角地区无国家大科学装置的历史。“这是一个富有远见的决定。当时还没有提出粤港澳大湾区的概念，但中国科学院领导希望优化中国大科学装置的布局，让科学院在基础研究和应用基础研究方面的雄厚实力与珠三角地区强劲的经济实力，以及对科学技术和产业升级的迫切需求结合起来。”陈和生回忆道。

“散裂中子源就像‘超级显微镜’，是研究物质材料微观结构的理想探针。”陈和生形象地比喻。他说：“看似高深的科学原理，实则和我们的生活息息相关。比如，中子散射是研究手机锂电池的利器。”

而在肿瘤治疗领域，散裂中子源有望带来重要技术革新。2020年8月，中国散裂中子源团队成功研制出我国首台具有完全自主知识产权的加速器基硼中子俘获治疗（BNCT）实验装置，为我国医用BNCT治疗装置整机国产化和产业化奠定了技术基础。

记者了解到，目前团队正在与南方医科大学附属东莞医院（东莞市人民医院）共同推进临床试验相关工作，并吸引中国科学院控股有限公司等企业在东莞松山湖成立了BNCT产业化的公司。

中国散裂中子源是继英国、美国、日本散裂中子源之后的世界第四台脉冲式散裂中子源。它的建成，改变了以往我国科学家只能到国外散裂中子源上申请实验机时的历史。然而，中国散裂中子源的建设并非易事。“散裂中子源装置不仅造价高，而且技术复杂，是各种高、精、尖设备组成的复杂整体。”陈和生特别提到，“如快循环同步加速器的25Hz交流磁铁，在我国属首次研制。其间遇到了超乎想象的技术挑战，与国外的实验室合作也未能攻克难关。我们的科研人员与工厂技师联合攻关，经过6年时间，逐一攻破技术难关，终于靠自己的力量研制出合格的磁铁。”

针对交流磁铁磁场饱和，团队创新性地提出了谐振电源的高次谐波矢量控制方法，解决了多台磁铁之间的磁场同步问题，其效果优于国外散裂中子源。

截至目前，中国散裂中子源已经在基础科学研究和国家重大需求领域取得了一大批重要成果。注册用户来自国内外，已超过3400人。疫情之前，几乎每天都有几十名来自全国各地的高校、研究所、高技术企业的用户来现场开展相关的实验研究。香港大学黄明欣教授团队利用中国散裂中子源的粉末衍射仪揭示了强度高而且韧性好的“超级钢”微观机制。

“中国散裂中子源共设计预留了20条中子通道，可建设20台左右的中子谱仪，一期工程已建成并对用户开放3台。正与粤港澳大湾区的高校、研究机构积极开展合作，共同建设8台合作谱仪，其中2台合作谱仪已经建成，另外6台将在未来2年内陆续建成。这8台中子谱仪都有自己的特长，给不同领域的用户提供相应的研究手段。”陈和生说。

据了解，中国散裂中子源二期工程已纳入国家重大科技基础设施建设“十四五”规划，目前关键技术研发进展顺利，预计今年内正式动工。

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