8月28日上午10時(shí)，位于廣東東莞的中國(guó)散裂中子源（CSNS）靶站譜儀控制室內(nèi)，科研人員凝視著屏幕，緊張待命。只見工程總指揮兼工程經(jīng)理陳和生院士一聲指令，從加速器引出的質(zhì)子束流首次打向金屬鎢靶，順利獲得中子束流。在場(chǎng)的工程人員激動(dòng)地見證了這歷史性的一刻——中國(guó)散裂中子源首次打靶成功！中國(guó)有了自己的散裂中子源。
位于地下17米深處的中國(guó)散裂中子源直線加速器。
被譽(yù)為“超級(jí)顯微鏡”的散裂中子源是了解微觀世界的利器，原本僅英國(guó)、美國(guó)和日本三國(guó)擁有此設(shè)備。CSNS作為我國(guó)“十二五”期間建設(shè)的最大規(guī)模大科學(xué)裝置，將成為發(fā)展中國(guó)家的第一臺(tái)散裂中子源，躋身世界4大脈沖散裂中子源行列， 為高水平的科研成果提供有力支撐，并為解決國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全戰(zhàn)略需求的許多瓶頸問題提供先進(jìn)平臺(tái)。
這個(gè)擁有“火眼金睛”的國(guó)之重器究竟長(zhǎng)什么樣？又將發(fā)揮怎樣的作用？
小中子，大裝置
國(guó)產(chǎn)化率超96%
深入地下17米深處的CSNS加速器隧道，記者得以窺見這個(gè)即將封閉進(jìn)入試運(yùn)行的“龐然大物”——它包括1臺(tái)8千萬電子伏特的負(fù)氫離子直線加速器、1臺(tái)16億電子伏特的快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、2條束流運(yùn)輸線、1個(gè)靶站、首批建設(shè)的3臺(tái)譜儀等。
那么，CSNS何以成為了解微觀世界的“超級(jí)顯微鏡”？這要從微小而神奇的中子說起。
眾所周知，X射線能拍攝人體的醫(yī)學(xué)影像。而在材料學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域，科學(xué)家們也希望有一種工具，能像X射線一樣拍攝到材料的微觀結(jié)構(gòu)。中子散射技術(shù)就是這樣一種強(qiáng)有力的工具，能研究諸如DNA、蛋白質(zhì)、飛機(jī)材料等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
中國(guó)科學(xué)院院士陳和生告訴記者，中子的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用是20世紀(jì)最重要的科技成就之一。由于中子不帶電、穿透性強(qiáng)，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，并具有非破壞性，這使得中子散射成為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的理想探針之一。
“當(dāng)中子入射到樣品上，與其原子核或磁矩發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射，就可以通過測(cè)量散射的中子能量和動(dòng)量的變化，研究各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。”陳和生院士解釋，“做一個(gè)形象的比喻，假設(shè)面前有一張看不見的網(wǎng)，我們不斷扔出很多玻璃彈珠，有的穿網(wǎng)而過，有的打在網(wǎng)上，彈向不同角度。如果把這些彈珠的運(yùn)動(dòng)軌跡記錄下來，就能大致推測(cè)出網(wǎng)的形狀；如果彈珠發(fā)得夠多、夠密、夠強(qiáng)，就能把這張網(wǎng)精確地描繪出來，甚至推斷其材質(zhì)”。
雖然中子如此微小，但產(chǎn)生強(qiáng)中子束的散裂中子源卻是異常龐大的裝置，是各種高、精、尖設(shè)備組成的整體。世界上正在運(yùn)行的脈沖式散裂中子源主要有英國(guó)的 ISIS、美國(guó)的SNS和日本的J-PARC，中國(guó)的CSNS是全球第四臺(tái)。
“CSNS的建設(shè)攻克了許多關(guān)鍵核心技術(shù)難題，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率超過96%。許多設(shè)備的研制達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。”陳和生院士自豪地介紹。
如此高的國(guó)產(chǎn)化率是如何實(shí)現(xiàn)的？工程副總經(jīng)理傅世年分享了設(shè)備研發(fā)中不為人知的故事，“拿加速器技術(shù)來說，與國(guó)內(nèi)外大多數(shù)加速器不同，CSNS快循環(huán)同步加速器上的主磁鐵真空室不能采用金屬材料，必須采用陶瓷。這種大尺寸陶瓷真空室技術(shù)要求特殊，國(guó)外公司要價(jià)極高。經(jīng)費(fèi)有限，我們決心自己研制。科技人員同時(shí)與多個(gè)廠家合作，幾年間反復(fù)多次研制，終于研發(fā)出滿足設(shè)計(jì)要求的樣機(jī)，得知消息后，國(guó)外公司立刻大幅降低了報(bào)價(jià)”。
天上地下顯身手
5年內(nèi)或開啟腫瘤治療新時(shí)代
歷經(jīng)10年建設(shè)，CSNS即將完工，很快開啟了產(chǎn)業(yè)化探索的第一步。
