記中國(guó)科學(xué)院中國(guó)散裂中子源科研團(tuán)隊(duì)

“一花一世界、一樹(shù)一菩提”，就算是不起眼的一粒沙子，內(nèi)部也可能隱藏著一個(gè)完整的世界。

如何才能看到沙子里面的世界呢?從16世紀(jì)末光學(xué)顯微鏡誕生，到20世紀(jì)電子顯微鏡出現(xiàn)，人們能夠清晰分辨出單個(gè)原子，也就是說(shuō)真的可以看到沙子里面有個(gè)“小世界”了。

那么，有沒(méi)有一個(gè)“超級(jí)顯微鏡”，可以看到比沙粒更微小的物質(zhì)空間呢?

在位于粵港澳大灣區(qū)中部的廣東東莞，就有一個(gè)這樣的“超級(jí)顯微鏡”——中國(guó)散裂中子源。

投資23億元、歷時(shí)18年，由中國(guó)科學(xué)院院士陳和生率團(tuán)隊(duì)籌備、規(guī)劃、建成的這個(gè)大科學(xué)裝置，是科研領(lǐng)域的“國(guó)之重器”，對(duì)我國(guó)探索前沿科學(xué)問(wèn)題、攻克產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)、解決“卡脖子”問(wèn)題具有重要意義。

在“最小世界”做“最大科研”，是怎樣一種浪漫與執(zhí)著?

揭開(kāi)微觀物質(zhì)世界的神秘面紗

“中國(guó)散裂中子源由中國(guó)科學(xué)院和廣東省共同建設(shè)，它使我國(guó)成為世界上第四個(gè)擁有脈沖型散裂中子源的國(guó)家。”作為中國(guó)散裂中子源工程總指揮，陳和生這樣說(shuō)。

被稱為“超級(jí)顯微鏡”的散裂中子源，是用中子散射的方式探索微觀世界的頂尖工具。“其工作原理是把質(zhì)子束當(dāng)成‘子彈’，將質(zhì)子加速到0.9倍光速，去轟擊金屬靶，將其原子核撞擊出中子，再利用這些中子開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn)。”中科院高能物理研究所副所長(zhǎng)、東莞研究部主任陳延偉介紹，當(dāng)中子與研究對(duì)象的原子核發(fā)生相互作用，中子會(huì)向四周散射，從其散射軌跡及能量動(dòng)量變化，可以反推出研究對(duì)象的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。

中國(guó)散裂中子源是一個(gè)由數(shù)以千計(jì)的高精尖設(shè)備組成的復(fù)雜整體，其建造工程本身，就是一個(gè)從“0到1”的巨大挑戰(zhàn)。“在建設(shè)中，除了解決基礎(chǔ)科學(xué)原理外，我們還要研制大量非標(biāo)設(shè)備，工程與研究的雙重復(fù)雜性難以盡述。”中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部中子科學(xué)部主任梁天驕介紹，團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，顯著提升了我國(guó)在磁鐵、電源、探測(cè)器及電子學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，先后攻克了25赫茲交流磁鐵、高功率靶、液氫慢化器、中子探測(cè)器等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

2017年8月，中國(guó)散裂中子源首次打靶成功，獲得漂亮的中子束流。通過(guò)中子散射實(shí)驗(yàn)，科研人員可以開(kāi)展新型鋰離子電池、磁性材料、高強(qiáng)合金、太陽(yáng)能電池、航空材料、可燃冰、頁(yè)巖、催化劑等各個(gè)領(lǐng)域的研究。

“的確，從中子層面來(lái)看，一粒沙中就有一個(gè)廣闊世界。”陳延偉說(shuō)，“散裂中子源團(tuán)隊(duì)的使命，就是為人類揭開(kāi)微觀物質(zhì)世界的神秘面紗。”

探索前沿科技的星辰大海

2018年8月23日，經(jīng)過(guò)十余年的籌備和六年半的建設(shè)，中國(guó)散裂中子源工程圓滿通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)90%，性能全部達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)。

也許人們會(huì)問(wèn)，除規(guī)模大、投資巨、周期長(zhǎng)之外，大科學(xué)裝置與一般科學(xué)裝備相比最大的不同在哪里?

“大科學(xué)裝置是支撐基礎(chǔ)科學(xué)前沿研究和多學(xué)科交叉前沿研究的公共平臺(tái)，主要是為用戶開(kāi)展原始創(chuàng)新提供科學(xué)服務(wù)，其產(chǎn)出是科學(xué)知識(shí)和技術(shù)成果，而不是直接的經(jīng)濟(jì)效益。”中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部加速器技術(shù)部主任王生強(qiáng)調(diào)。

“溯洄從之,道阻且長(zhǎng)。”國(guó)家驗(yàn)收通過(guò)，只是這支夢(mèng)幻科研團(tuán)隊(duì)的一個(gè)新起點(diǎn)。“正式通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收時(shí)，裝置的束流功率是20千瓦左右，而設(shè)計(jì)目標(biāo)最終要提高到100千瓦。”王生說(shuō)，“我們要做的工作還很多。”

此后，王生率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員在開(kāi)放運(yùn)行的間隙，進(jìn)行了大量的束流調(diào)試和研究工作。2020年2月，正是疫情暴發(fā)初期，團(tuán)隊(duì)成員在做好嚴(yán)格防疫前提下，開(kāi)始了加速器束流提升攻堅(jiān)戰(zhàn)。這一個(gè)月里，調(diào)束人員共分為兩班，24小時(shí)工作不停歇。

2月28日，團(tuán)隊(duì)十幾年的付出，終于迎來(lái)回報(bào)。中國(guó)散裂中子源打靶束流功率達(dá)到100千瓦的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并開(kāi)始100千瓦穩(wěn)定供束運(yùn)行。這一刻，比原計(jì)劃整整提前一年半。這一刻，團(tuán)隊(duì)成員無(wú)不熱淚盈眶。

十載耕耘，只為今朝亮劍出鞘。中國(guó)散裂中子源開(kāi)放運(yùn)行后，大科學(xué)裝置的綜合效應(yīng)開(kāi)始逐步顯現(xiàn)。在已完成的五輪運(yùn)行中，中國(guó)散裂中子源服務(wù)全球用戶，完成超過(guò)400項(xiàng)原創(chuàng)性課題研究，成為重要的原始創(chuàng)新策源地。

中國(guó)散裂中子源團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)時(shí)間的努力，為科技界和產(chǎn)業(yè)界探索前沿科技的星辰大海打開(kāi)了一扇大門。

星光浩瀚，前路可期。

為大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展注入澎湃動(dòng)力

2021年1月，中國(guó)散裂中子源多物理譜儀成功出束。這是中國(guó)散裂中子源科學(xué)中心、東莞理工學(xué)院和香港城市大學(xué)共同建設(shè)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)中子全散射譜儀，也是中國(guó)散裂中子源第一臺(tái)合作譜儀。

被譽(yù)為“眾多高新技術(shù)源泉和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)搖籃”的中國(guó)散裂中子源，在材料科技、生命科學(xué)、物理、化學(xué)化工、資源環(huán)境、新能源等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，正在為大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展注入澎湃動(dòng)力。

“中國(guó)散裂中子源為港澳科學(xué)家開(kāi)展相關(guān)科研提供前了所未有的便利。”梁天驕介紹，大灣區(qū)是國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造業(yè)基地，對(duì)材料科學(xué)研究有著迫切的需求，中國(guó)散裂中子源布局在此，為諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要支撐。

作為大灣區(qū)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，中國(guó)散裂中子源讓大灣區(qū)建設(shè)“具有全球影響力的國(guó)際科技創(chuàng)新中心”有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)與支撐，港澳地區(qū)的多家高校紛至沓來(lái)，在此開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。2020年1月，散裂中子源科學(xué)中心與香港城市大學(xué)、澳門大學(xué)、東莞理工學(xué)院共建的“粵港澳中子散射科學(xué)技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌。

中國(guó)散裂中子源還帶來(lái)人才的“磁吸效應(yīng)”。近年來(lái)，很多相關(guān)的一流科研機(jī)構(gòu)和高新科技人才，主動(dòng)選擇落戶大灣區(qū)。“通過(guò)項(xiàng)目的建設(shè)，我們培養(yǎng)出一支優(yōu)秀的青年科研隊(duì)伍。”陳延偉指出，“中國(guó)散裂中子源團(tuán)隊(duì)的300多名科研工程人員平均年齡只有36歲，他們?cè)鶘|莞，成為粵港澳大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展的寶貴財(cái)富。”

創(chuàng)新照亮未來(lái)，征程未有窮期。陳和生介紹，中國(guó)散裂中子源的總體目標(biāo)是建設(shè)我國(guó)在相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)和高技術(shù)領(lǐng)域的具備原始創(chuàng)新能力的團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)我國(guó)科技和工業(yè)等方面技術(shù)的加速發(fā)展，至2030年，帶領(lǐng)我國(guó)中子散射技術(shù)研究和應(yīng)用科學(xué)界，全面進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

“雖然，我們研究的是微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)，但我們服務(wù)的是民族復(fù)興偉大事業(yè)。”陳和生說(shuō)，“只要這萬(wàn)般努力能夠服務(wù)當(dāng)下、通往未來(lái)，那‘十年磨一劍’就不算太久。”

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