全球第四臺、中國第一臺，散裂中子源憑什么成為“國之重器”？

安喜的空間 2021-06-06

展開全文

中國散裂中子源作為中國首臺，世界第4臺脈沖型散裂中子源，不僅一舉填補了我國在脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白，也意味著中國科學(xué)界對微觀世界的進一步深入探索，可謂是“國之重器”。

那散裂中子源究竟是什么？它又憑什么成為“國之重器”呢？

脈沖型散裂中子源，簡單點來說，其實就是一種體積比較龐大的“超級顯微鏡”，用中子的散射來探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運動的科研裝置，在研究中子特性能力方面自然也杠杠的。

我們都知道，在這個世界上有很多用肉眼觀察不到的事物，所以后來基于對世界進一步探索的需求，科學(xué)家們發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，接著又發(fā)明了分辨率更高，能夠觀察到更小細胞和病毒的光學(xué)顯微鏡。在脈沖型散裂中子源發(fā)明之前，人們都習(xí)慣于用這兩種顯微鏡去觀察研究細菌、細胞等，這些用肉眼不可能直接觀察到的微觀世界。

而脈沖型散裂中子源則可以秒殺所有的顯微鏡，通過它觀察到的世界也要更微觀，甚至能夠絕對清晰的觀察到植物根部的一滴水是如何通過動作一點一點的運輸?shù)街θ~上的。那脈沖型散裂中子源，為什么能這么細微地探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運動呢？

其實中子是一種完全不帶電荷的粒子，它不是利用X光進行同步輻射的。每當物質(zhì)的原子核和中子發(fā)生相互作用的時候，并不是所有的中子都能夠從中間直接穿過，還有些中子在打算穿過原子核時會被彈飛，出現(xiàn)方向偏離的情況。這時脈沖型散裂中子源的譜儀就會發(fā)揮作用，及時捕捉到飛行軌跡，然后在反推出原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，方便科研人員進行研究。

比如科學(xué)家在做水下可燃冰研究的時候，因為深水下的壓力太大，需要用很厚的容器壁，其中的氮、碳、氫等輕元素又比較不易捕捉，而能從中穿過的，并且對這些輕元素敏感的，可以讓可燃冰結(jié)構(gòu)清楚分辨出的就只有脈沖型散裂中子源了。

如今，我國脈沖型散裂中子源這種技術(shù)已經(jīng)運用到了檢測高鐵飛機的安全性和治療癌癥等各方面。除此之外，在帶動新型核能開發(fā)、國防科研、材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、納米科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)藥等學(xué)科的發(fā)展上都有很大的作用。所以，脈沖型散裂中子源被譽為“國之重器”是當之無愧的。

中國散裂中子源目前位于廣東省東莞市大朗，早在國家“十一五”期間就被列為了國家重點建設(shè)的大科學(xué)裝置來進行研制。但是直到2018年8月23日的時候，中國科學(xué)院組織才正式通過中國散裂中子源的研制，前后花費了6年半的時間，總共耗資23億元人民幣。

我國的散裂中子源雖然是繼英國、美國和日本后的第4臺，但是我國散裂中子源的功率卻是英國的4倍，就算不是起步最早的，可我們不鳴則已，一鳴驚人。

要知道，中子作為比原子還要小得多的粒子，想要讓它成功產(chǎn)生并不是件容易的事，必須先把質(zhì)子加速到16億電子伏特，這是什么概念呢？和0.9倍光速差不多，然后再將這種加速過的質(zhì)子束去碰撞重金屬靶，它的原子系數(shù)很高，質(zhì)子束必須把其中的質(zhì)子和中子給撞擊出來，最后科研人員才能用特殊的裝置將撞擊出來的中子給收集起來，再通過不斷的實驗研制出散裂中子源，其中的艱辛可想而知。