东莞松山湖:带你走近这台不一般的“超级显微镜”
中国散裂中子源(CSNS)坐落于东莞市松山湖畔,是国家“十一五”立项、“十二五”重点建设的重大科技基础设施,为我国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段,对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题具有重要意义。散裂中子源装置就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针。中子由于不带电,不易受到带电质子和电子的阻碍,能比其他探测方式更为轻松地穿透物质。中子束打到被研究的样品身上,有些中子会与研究对象的原子核发生相互作用,其运动方向也会发生改变,向四周“散射”开来。科研人员测量中子散射的轨迹及其能量和动量的变化,就可以精确地反推出物质的结构。
中子散射和我们熟悉的X射线类似。X射线散射对含电子数目多的原子敏感,但想探测如氢原子等轻元素就很难。中子散射则对原子核敏感,特别是对碳、氢、氧等原子核敏感,还可以区分同位素。研究含有大量氢、氧、氮原子的生物大分子,中子散射具有更佳的优势。既然中子散射的用处如此之大,科学家们要建设一个类似于“中子工厂”的大科学装置,源源不断地产生中子。2011年10月,CSNS在广东东莞奠基。CSNS是各种高、精、尖设备组成的整体。建设内容包括一台负氢离子直线加速器、一台快循环质子同步加速器、一个靶站,以及一期三台供科学实验用的中子散射谱仪。其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”,去轰击原子序数很高的重金属靶,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。装置各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成,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。
中国散裂中子源建在广东东莞,是我国十一五国家重大科技基础设施,同时也是中国首台,世界第四台脉冲型散裂中子源。
2018年8月23日,CSNS按指标、按工期、高质量地完成了工程建设任务,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,其成功建设也使我国成为继英国、美国和日本之后,全世界第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。CSNS开放运行以来,公开征集的用户课题,重点集中在新型锂离子电池、磁性材料、高强合金、太阳能电池、结构材料等领域,具有重要战略意义。未来,CSNS将着力确保装置高效、稳定、可靠运行,加强国内外开放共享;同时为了满足交叉科学前沿研究和国家发展战略的迫切需求,将不断完善和改进装置性能,启动后续谱仪建设和功率升级工作,扩大用户群体,为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑,助推粤港澳大湾区国际科技创新中心的发展和产业升级。