中國散裂中子源投入試運行，我國成為世界上第四個擁有“超級顯微鏡”的國家

“超級顯微鏡”能“看”清什么(關注)

日前，位于廣東東莞的國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)首次打靶成功，獲得中子束流，這標志著CSNS主體工程順利完工，進入試運行階段。中國散裂中子源是什么？它長啥樣？有什么用？安不安全？本報記者奔赴現(xiàn)場，為您一一揭曉。

中國散裂中子源園區(qū)鳥瞰圖。中國散裂中子源供圖

一問：是什么？

就像一臺“超級顯微鏡”，可以研究物質(zhì)的微觀結構

“當一束中子入射到研究樣品上時，與它的原子核或磁矩發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射。通過測量散射的中子能量和動量的變化，就可以研究在原子、分子尺度上各種物質(zhì)的微觀結構和運動規(guī)律，告訴人們原子和分子的位置及其運動狀態(tài)。這種研究手段就叫中子散射技術。”中國散裂中子源工程總指揮、工程經(jīng)理、中科院院士陳和生說。

1932年，英國物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，人們開始認識到原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構成的。中子的發(fā)現(xiàn)及應用是20世紀最重要的科技成就之一。由于中子不帶電，具有磁矩，且穿透性強，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，具有非破壞性，這些特性使得中子散射成為研究物質(zhì)結構和動力學性質(zhì)的理想探針之一，和X射線一樣，是多學科研究中探測物質(zhì)微觀結構和原子運動的強有力手段。

陳和生進一步解釋說：“打個比方，假設面前有一張看不見的網(wǎng)，我們不斷地扔出很多玻璃彈珠，彈珠有的穿網(wǎng)而過，有的則打在網(wǎng)上，彈向不同的角度。如果把這些彈珠的運動軌跡記錄下來，就能大致推測出網(wǎng)的形狀；如果彈珠發(fā)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)?！?/p>

然而，進行中子散射的研究，需要用中子做探針，就必須有一個適當?shù)闹凶釉?，先進的中子源是中子科學研究的基礎。如何能獲得產(chǎn)生高通量中子的中子源，一直是科學家不斷努力追求的目標。

高通量的中子源包括反應堆中子源和散裂中子源。核反應堆是一種穩(wěn)定連續(xù)的中子源，在中子科學研究中發(fā)揮了巨大的作用。但由于反應堆散熱技術的限制，反應堆中子通量在上世紀六七十年代就達到了飽和。隨著科技的進步，相應的研究體系如薄膜、納米團簇、生物大分子和蛋白質(zhì)等，尺度分布更大，獲得數(shù)量在克量級的樣品更為困難。因此，小樣品的快速、高分辨的中子散射測量迫切需要新一代通量更高、波段更寬的中子源，散裂中子源應運而生。

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