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光明日报 打造探索物质结构的“超级显微镜”

【解码“新动力人群”】
打造探索物质结构的“超级显微镜”
——记中国科学院中国散裂中子源科研团队
光明日报采访人员 罗旭 光明日报通讯员 陈建佳
“一花一世界、一树一菩提”，就算是不起眼的一粒沙子，内部也可能隐藏着一个完整的世界。
如何才能看到沙子里面的世界呢？从16世纪末光学显微镜诞生，到20世纪电子显微镜出现，人们能够清晰分辨出单个原子，也就是说真的可以看到沙子里面有个“小世界”了。
那么，有没有一个“超级显微镜”，可以看到比沙粒更微小的物质空间呢？
在位于粤港澳大湾区中部的广东东莞，就有一个这样的“超级显微镜”——中国散裂中子源。
投资23亿元、历时18年，由中国科学院院士陈和生率团队筹备、规划、建成的这个大科学装置，是科研领域的“国之重器”，对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。
在“最小世界”做“最大科研”，是怎样一种浪漫与执着？
光明日报 打造探索物质结构的“超级显微镜”
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中国散裂中子源科研团队在工作中。资料图片
光明日报 打造探索物质结构的“超级显微镜”
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中国散裂中子源是一个由成百上千台高精尖设备构成的复杂整体。资料图片
揭开微观物质世界的神秘面纱
“中国散裂中子源由中国科学院和广东省共同建设，它使我国成为世界上第四个拥有脉冲型散裂中子源的国家。”作为中国散裂中子源工程总指挥，陈和生这样说。
被称为“超级显微镜”的散裂中子源，是用中子散射的方式探索微观世界的顶尖工具。“其工作原理是把质子束当成‘子弹’，将质子加速到0.9倍光速，去轰击金属靶，将其原子核撞击出中子，再利用这些中子开展各种实验。”中科院高能物理研究所副所长、东莞研究部主任陈延伟介绍，当中子与研究对象的原子核发生相互作用，中子会向四周散射，从其散射轨迹及能量动量变化，可以反推出研究对象的物质微观结构和动力学。
中国散裂中子源是一个由数以千计的高精尖设备组成的复杂整体，其建造工程本身，就是一个从“0到1”的巨大挑战。“在建设中，除了解决基础科学原理外，我们还要研制大量非标设备，工程与研究的双重复杂性难以尽述。”中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部主任梁天骄介绍，团队成员通过自主创新和集成创新，显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业技术水平和自主创新能力，先后攻克了25赫兹交流磁铁、高功率靶、液氢慢化器、中子探测器等多项关键技术。
2017年8月，中国散裂中子源首次打靶成功，获得漂亮的中子束流。通过中子散射实验，科研人员可以开展新型锂离子电池、磁性材料、高强合金、太阳能电池、航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等各个领域的研究。
“的确，从中子层面来看，一粒沙中就有一个广阔世界。”陈延伟说，“散裂中子源团队的使命，就是为人类揭开微观物质世界的神秘面纱。”
光明日报 打造探索物质结构的“超级显微镜”
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中国散裂中子源是一个由成百上千台高精尖设备构成的复杂整体。资料图片
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中国散裂中子源是一个由成百上千台高精尖设备构成的复杂整体。资料图片
探索前沿科技的星辰大海
2018年8月23日，经过十余年的筹备和六年半的建设，中国散裂中子源工程圆满通过了国家验收，投入正式运行，填补了国内脉冲中子应用领域的空白，设备国产化率超过90%，性能全部达到或优于批复的验收指标。
也许人们会问，除规模大、投资巨、周期长之外，大科学装置与一般科学装备相比最大的不同在哪里？
“大科学装置是支撑基础科学前沿研究和多学科交叉前沿研究的公共平台，主要是为用户开展原始创新提供科学服务，其产出是科学知识和技术成果，而不是直接的经济效益。”中国科学院高能物理研究所东莞研究部加速器技术部主任王生强调。
【 光明日报|打造探索物质结构的“超级显微镜”】“溯洄从之,道阻且长。”国家验收通过，只是这支梦幻科研团队的一个新起点。“正式通过国家验收时，装置的束流功率是20千瓦左右，而设计目标最终要提高到100千瓦。”王生说，“我们要做的工作还很多。”

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