8月23日,工作人员调试中国散裂中子源直线加速器速调管。新华社发
??? 沿着G94珠三角环线高速行车至莞佛高速交汇处附近,道路中的指示牌就会出现“中国散裂中子源(CSNS)”的标志字样,十分醒目,但绝大多数经过此处的车主,却并不清楚这个名称背后所代表的确切含义。
8月23日,随着中国散裂中子源通过国家验收,投入正式运行,我国成为继英、美、日之后,第四个拥有散裂中子源的国家。这个坐落于广东东莞的国家重大科技基础设施也终于揭开了神秘面纱,开始阔步迈入前沿科学研究的舞台中心。散裂中子源究竟为何物?和我们的日常生活有关系吗?本期科技能见度,就带您走近这个高精尖的国之重器,看看它究竟有哪些本事。
南方网全媒体记者 陈启亮
把质子束当成“子弹”去轰击重金属靶
8月23日下午,天气晴热。在中国散裂中子源一期建设园区内,受国家发改委委托、中国科学院组织的国家验收会正在进行。
验收会从下午两时半开始,经过详细汇报和反复讨论,一直持续到傍晚六时。最终,国家验收委员会专家们给出了正式的验收意见。专家认为,中国散裂中子源的各项指标均达到或优于批复的验收指标。装置整体设计先进,研制设备质量精良,靶站最高中子效率和三台谱仪综合性能达到国际先进水平。
由此,我国首台散裂中子源、粤港澳大湾区首个国家重大科技基础设施,按指标、按工期、高质量地完成了工程建设任务,将正式投入运行,对国内外各领域用户开放。
对于普通人来说,想要真正理解这个大科学装置的意义却并不容易,首先还要从了解这个装置的原理及作用入手。
散裂中子源常常被比作一台观察物质微观结构的“超级显微镜”。例如,同样都是由碳元素构成的物质,世界上最硬的材料之一金刚石和我们日常使用的铅笔芯材料石墨的物理性质,就有巨大差异。为何差距如此之大呢?这时散裂中子源就能发挥作用了。
那么,如何观察物质的微观结构?在现代科学产生之前,人类用肉眼去观察和理解世界。后来,科学家发明了光学显微镜,人类第一次看到了肉眼无法直接观察到的细胞和细菌等微观世界。而电子显微镜比光学显微镜的分辨率要高1000倍左右,可以看到更小的病毒。
随着人类对微观世界的探索的技术手段提高,“超级显微镜”散裂中子源也应运而生。
该装置的工作原理,是将质子加速到16亿电子伏特,速度相当于0.9倍光速,然后把质子束当成“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产生中子,再射向样品,科学家通过围绕样品的谱仪收集被散射的中子,从而可精确反推出样品的物质结构。
研究物质材料微观结构的理想探针
中子是研究物质材料微观结构的理想探针,但在自然状态下不易获取,因此必须建造特定装置来获得稳定的中子束流。产生中子有两种方式:一种是看起来威力很大的核反应堆,利用铀235的核裂变反应产生中子,但这种方式对于安全性是很大的威胁。