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　　央視網(wǎng)消息：在廣東省東莞市松山湖科學城，緊鄰高速公路，有一片依山而建，造型獨特的建筑群，山坡上矗立著“中國散裂中子源”幾個大字。物質(zhì)由分子和原子組成，原子核又包含了中子和質(zhì)子。中子不帶電、穿透性強，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，是科學家探索微觀世界的理想“探針”。

　　當中子與被研究對象的原子核相互作用而改變運動方向時，科學家通過分析散射中子的軌跡、能量和動量的變化，就能反推出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這就好像我們不斷往一張看不見的網(wǎng)上扔彈珠，有的彈珠穿網(wǎng)而過，有的則打在網(wǎng)上，彈向不同的角度。如果記錄下這些彈珠的運動軌跡，就能大致推測出網(wǎng)的形狀。如果彈珠扔得夠多、夠密、夠強，就能把這張網(wǎng)精確地描繪出來，甚至推斷其材質(zhì)。

　　散裂中子源就是這樣一座生產(chǎn)、發(fā)射彈珠的“超級工廠”。它的原理是，先把質(zhì)子加速到一定的能量，再把質(zhì)子束當成“炮彈”，去轟擊重金屬靶從而產(chǎn)生大量中子。科學家通過特殊裝置“操控”中子，用中子做“探針”觀察微觀世界，成為研究物質(zhì)靜態(tài)微觀結(jié)構(gòu)和動力學機制的“超級顯微鏡”。這對解決國家重大戰(zhàn)略需求和前沿科學諸多領(lǐng)域的瓶頸問題有著重要意義。

　　速調(diào)管研制成功 散裂中子源開啟“加速跑”

　　2023年，中國散裂中子源運行超過5000小時，在新能源、合金、高分子、信息材料等領(lǐng)域創(chuàng)造出一批源頭創(chuàng)新成果。為了滿足更多、更高的用戶需求，中國散裂中子源二期工程建設(shè)也即將啟動，關(guān)鍵設(shè)備P波段大功率速調(diào)管已通過驗收。

　　在散裂中子源科學中心的實驗室里，記者看到近日成功研制的關(guān)鍵核心設(shè)備——首臺全國產(chǎn)化P波段大功率速調(diào)管。經(jīng)過連續(xù)24小時無故障運行，全部性能指標均達到或超過設(shè)計要求，順利通過驗收。至此，中國散裂中子源二期工程關(guān)鍵加速器核心設(shè)備都擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，整體國產(chǎn)化率已接近100%。

　　研發(fā)團隊成員劉華昌告訴記者，速調(diào)管功率源由多個關(guān)鍵部件和系統(tǒng)組成，用于將電功率轉(zhuǎn)化為高頻微波功率，為粒子束流提供加速動力。它是中國散裂中子源二期工程中，加速器打靶束流功率從100千瓦提升到500千瓦的關(guān)鍵設(shè)備之一。

　　這就好比汽車的發(fā)動機，將化學燃料轉(zhuǎn)化為機械動能，驅(qū)動汽車前進。由于二期工程是在一期的基礎(chǔ)之上升級而來，功率五倍的提升完全靠束流的流強提升，需要采用超導(dǎo)腔將直線加速器的能量大幅提升，這對速調(diào)管的性能和指標提出了更高的要求。當時，這種設(shè)備國內(nèi)尚無研發(fā)和制造能力，一期工程只能選擇進口，沒想到卻給如期完工，包括后續(xù)穩(wěn)定運行帶來了一系列的影響。

　　大功率速調(diào)管這種電真空器件，零部件數(shù)以百計，涉及到多個學科領(lǐng)域，從研制到安裝，每一個環(huán)節(jié)都必須精確無誤。高通過率電子光路要求傳輸效率達到100%，所有零部件的安裝精度要控制在20個微米之內(nèi)，這個數(shù)值只有人頭發(fā)絲直徑的1/4。

　　讓劉華昌他們這些研發(fā)人員記憶最深的是，速調(diào)管的真空標準是標準大氣壓的千億分之一，這對大尺寸銅腔的焊接材料和技術(shù)是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。稍有不慎就容易頻繁出現(xiàn)打火現(xiàn)象，輕則影響裝置的穩(wěn)定運行，重則導(dǎo)致整個功率源設(shè)備的損毀。

　　中國科學院高能物理研究所科研團隊和上下游企業(yè)通力合作，一道攻堅克難，最終圓滿完成了研發(fā)試制任務(wù)。中國散裂中子源二期工程的前期準備工作業(yè)已全部就位，即將開始“加速跑”。

　　中國散裂中子源譜儀大廳 原始創(chuàng)新新高地

　　中國散裂中子源由直線加速器、快循環(huán)同步加速器、靶站以及中子散射譜儀等部分構(gòu)成。其中，加速器部分都在13米到18米的地下。而地面之上的譜儀大廳，全國各地的科學家在這里進行最前沿的科技攻關(guān)。

　　這是一臺能量分辨中子成像譜儀，來自東北大學的高建榮團隊與散裂中子源的譜儀科學家一起，正在為即將開始的高溫合金定向凝固原位中子衍射實驗做最后的準備。

　　航空發(fā)動機被喻為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”，這顆“皇冠上的明珠”就是航空發(fā)動機上的葉片。我國雖然也能生產(chǎn)航空發(fā)動機葉片，但多年來質(zhì)量和性能仍有待提高。

　　高建榮告訴記者，航空發(fā)動機葉片為空心結(jié)構(gòu)，材料特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要想提高國產(chǎn)飛機葉片的質(zhì)量和制造效率，首先必須對材料有充分的認識。早在5年前，他就開始構(gòu)思利用中子穿透性強的特點，進行高溫合金定向凝固的原位觀測實驗。

　　散裂中子源的譜儀科學家設(shè)計了幾個分解實驗，來驗證定向凝固設(shè)備的中子衍射實驗可行性，支持高建榮將更多的時間精力用于設(shè)備的研發(fā)上。半年后，高建榮得到驗證實驗成功的消息。

　　2018年，中國散裂中子源正式投入運行，使我國成為世界上第4個擁有脈沖式散裂中子源的國家。散裂中子源從2018年一期工程完成3條譜儀建設(shè)后，近5年來又跟高校、科研機構(gòu)等展開合作，先后啟動了八8條譜儀的建設(shè)。

　　如今的譜儀大廳里，圍繞著靶站，五顏六色的混凝土模塊搭建起各具功能和特色的譜儀。每個色塊搭建的空間就是一個實驗站，為我國在磁性材料、高效催化劑、金屬玻璃、高分子聚合物等諸多領(lǐng)域的研究提供了重要的實驗平臺。

　　四面出擊 中國散裂中子源結(jié)出累累碩果

　　如果說散裂中子源是探索物質(zhì)微觀世界的超級顯微鏡，那圍繞著靶站的一條條譜儀就是一個個不同的鏡頭，滿足不同學科、不同方向的科研需求。2023年，依托散裂中子源產(chǎn)出了一批又一批的原創(chuàng)成果，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了源頭動能。

　　大氣中子譜儀是散裂中子源2023年新運行的一臺譜儀，它可以加速模擬宇宙射線打到大氣層產(chǎn)生的中子輻照環(huán)境。過去，我們在大氣層內(nèi)與地面的很多電子元器件的失效，都跟大氣中子的這種輻照有關(guān)系，特別是航空領(lǐng)域，電子設(shè)備失效的問題更為關(guān)鍵。

　　2023年，依托中國散裂中子源，在新能源汽車領(lǐng)域，通過原位觀察鋰電池的充放電過程，首次發(fā)現(xiàn)了電池在充放電過程碳鋰化合物的一種不均勻現(xiàn)象，顛覆了業(yè)內(nèi)對此的認識，為鋰電池的性能改進和提升開拓了新視野。

　　在工程領(lǐng)域，完成了國產(chǎn)高鐵車輪的原位應(yīng)力測量，首次給出高鐵車輪完整的應(yīng)力數(shù)據(jù)。為國產(chǎn)高鐵車輪的安全性評價，以及使用壽命的正確判斷，提供了非常重要的數(shù)據(jù)支撐。

　　散裂中子源自投入運行以來，已累計完成10輪開放運行，年均開放機時超過5000小時，注冊用戶已達5000多個。2023年全年完成376項用戶實驗，其中有多篇學術(shù)論文在國內(nèi)外一線學術(shù)期刊發(fā)表，遠超國外散裂中子源相同階段的成果產(chǎn)出水平。在航空航天、磁性量子材料、新能源、高性能合金、信息材料等眾多領(lǐng)域產(chǎn)出了一批重大原創(chuàng)成果。

　　二期工程建設(shè)即將正式啟動，未來譜儀數(shù)量將增加到20臺，加速器打靶和靶站功率將從100千瓦提升到500千瓦，大大提高實驗精度和速度。屆時，散裂中子源將測量更小的樣品，研究更快的動態(tài)過程，為我國高水平科技自立自強作出更多更大的貢獻。