散裂中子源科学中心：“国之重器”为粤港澳大湾区科技创新插上“翅膀”

文/冯海波

[导语]

在东莞松山湖一片郁郁葱葱的荔枝林里，坐落着我国迄今为止单项投资规模最大的大科学工程——中国散裂中子源。这一“国之重器”由中国科学院和广东省共同建设，它使得我国成为世界上第四个拥有散裂中子源的国家。中国散裂中子源为我国材料科学、物理、化学化工、生命科学、资源环境、新能源等领域的国家战略需求和前沿科学研究提供了最先进的大型交叉平台，成为支撑粤港澳大湾区综合性国家科学中心的核心大科学装置之一，为粤港澳大湾区科技创新插上“翅膀”。由散裂中子源科学中心、中国科学院完成的“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。

在珠三角地区建起“中子工厂”

中国科学院院士、中国散裂中子源工程指挥部总指挥陈和生介绍，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。“中子散射的用处非常大，科学家们要获得实验用的中子，就需要建设一个类似于‘中子工厂’的大科学装置，源源不断地产生中子。”他表示，散裂中子源的工作原理是将质子加速到16亿电子伏特，速度相当于0.9倍光速，把质子束当成“子弹”，去轰击原子系数很高的重金属靶，金属靶的原子核被撞击出质子和中子，科学家便通过特殊的装置“收集”中子，开展各种实验。2006年1月，中国科学院启动了散裂中子源的预制研究项目。同年，项目选择落户广东东莞大朗镇。2011年10月，总投资23亿元的中国散裂中子源装置终于在东莞奠基，结束了珠三角地区无国家大科学装置的历史。

2012年5月，中国散裂中子源动工建设。散裂中子源装置不仅造价高，而且技术复杂，是各种高、精、尖设备组成的整体，建设内容包括一台8千万电子伏特的直线加速器、一台16亿电子伏特快循环同步加速器、一个靶站，以及一期三台供科学实验用的中子散射谱仪。装置各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成，许多设备的研制达到国内外先进水平，设备国产化率达到90%以上，有力地促进了我国相关领域高技术的发展。

在多个领域开展了重大创新研究

中国散裂中子源已经成为粤港澳大湾区核心大科学装置之一

2017年秋天，中国散裂中子源首次打靶成功，获得完全符合预期的中子束流，调试速度远超国外的散裂中子源。2018年8月23日，中国散裂中子源项目顺利通过国家验收，投入正式运行，填补了国内脉冲中子应用领域的空白，技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。2020年2月28日，中国散裂中子源打靶束流功率达到100千瓦的设计指标，并开始100千瓦稳定供束运行，达到设计指标时间比原计划提前一年半。2022年4月，中国散裂中子源大气中子辐照谱仪成功出束，这是继多物理谱仪后完成建设的第二台合作谱仪，可提供与大气中子能谱相匹配、能量范围覆盖meV～GeV的高通量中子束流。

自中国散裂中子源通过国家验收、进入正式运行以来，装置运行稳定可靠高效。从2018年9月至今，中国散裂中子源已完成六轮运行，注册用户超3800人，完成课题800余项，在多个领域开展了重大创新研究，已在Science、Nature Communication、Advanced Materials、JACS等期刊发表文章，并为部分国家重大需求和产业界需求提供技术支撑。装置解决了航空发动机单晶叶片和轴承、深海潜水器、高铁轮毂系统等大型工程部件残余应力和服役性能检测问题，为高性能结构材料的微观探测提供了关键技术支撑，也是新能源锂电与储氢材料以及半导体芯片等材料检测不可替代的研究平台。

将为粤港澳大湾区科技创新提供重要支撑

陈和生院士表示，中国散裂中子源布局在东莞，意义重大。散裂中子源是粤港澳大湾区首个重大科技基础设施，它建成的最直接效益就是为科研工作者带来研究的“利器”，特别是为港澳科学家使用散裂中子源提供了前所未有的便利。同时，粤港澳大湾区是全国先进制造业高地，对材料科学研究有着迫切的需求。散裂中子源支撑的学科研究和应用领域众多，是目前国际上公认的、与大型光源互补，发挥着无法取代作用的，新一代科学研究和先进材料研发的主流大科学装置。

散裂中子源落户东莞后，已经吸引中子散射研究和应用的人才，建设相关的学科，港澳地区的许多大学“近水楼台先得月”，如香港城市大学与散裂中子源和东莞理工学院合作，建设多物理谱仪。散裂中子源科学中心还与香港城市大学、澳门大学、东莞理工学院共建粤港澳中子散射科学技术联合实验室，并于2020年1月15日正式揭牌，实验室将成为粤港澳大湾区国际科技创新中心的重要科研平台。

陈和生院士介绍，散裂中子源二期工程已于2021年上半年正式纳入了国家重大科技基础设施建设“十四五”规划。他表示，中国散裂中子源的总体目标是建设我国在相关基础科学和高技术领域具备原始创新能力的团队，促进我国科技、工业等方面技术大力发展，至2030年，带领我国中子散射技术研究和应用科学界全面进入世界先进行列。按照这一目标，散裂中子源装置未来的谱仪数量将增至20台，覆盖广大用户及各个研究领域，加速器打靶和靶站功率将从100千瓦提升到500千瓦，设备研究能力大幅度提升，可大大提高实验的精度和速度，测量更小的样品，研究更快的动态过程，满足国内外更多用户需求，为前沿科学研究、国家重大需求和国民经济发展提供更先进的研究平台，为实现高水平科技自立自强作出更多贡献。