“超级显微镜”格物探微显身手

位于东莞的中国散裂中子源是首个落地珠三角的国家大科学装置，于2018年8月通过国家验收，运行4年来已取得一大批重要科学成果。

在推进建设粤港澳大湾区国际科技创新中心和综合性国家科学中心的过程中，散裂中子源成为粤港澳科技合作不可或缺的重要平台，科研人员在这里进行碰撞，推动研究成果在大湾区落地开花。

大科学装置派上了大用场。2022年4月，“散裂中子源国家重大科技基础设施项目”获广东省科技进步奖特等奖。

●南方日报记者卞德龙

荔枝林里“长出”国之重器

在东莞市大朗镇，穿过一片郁郁葱葱的荔枝林，眼前豁然开朗。远处的山坡上，“中国散裂中子源”七个大字十分醒目。用无人机俯瞰整个园区，从实验楼到装置区，一栋栋建筑并不显眼，但这一国家大科学装置的“玄机”藏在地下。

“散裂中子源的主要装置都建设在地下13—18米的隧道中，它就像一台‘超级显微镜’，是研究物质材料微观结构的理想探针。”中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生说。

在开阔的实验大厅，科研人员正在调试一台大型设备。“我们称之为谱仪，它是利用中子散射来测量物质的微观结构和动力学的装置。科学家可以把不同的材料放置到谱仪装置，测量原子在物质中的位置，以及原子在物质中如何运动。”科研人员介绍，每台谱仪都有自己的“特长”，为不同领域的用户提供相应研究能力。

回忆起中国散裂中子源选址与建设的历程，陈和生感慨万千。他介绍，中国科学院于2006年1月启动了散裂中子源的预制研究项目。

同年2月，在广东举办的一场研讨会上，时任中科院高能物理研究所所长的陈和生提到，中国散裂中子源正在寻找合适的建设地点。这一消息受到广东的高度重视，双方商定将这一重大科技基础设施落户珠三角，并最终选择了东莞。

2011年，中国散裂中子源项目奠基。“散裂中子源装置不仅造价高，而且技术复杂，是各种高、精、尖设备组成的复杂整体。”陈和生说。

经过多年艰苦建设，2018年8月23日，中国散裂中子源正式通过国家验收，对国内外各领域的用户开放。

“它不仅是首个落地珠三角的国家大科学装置，也是继英国、美国、日本之后，世界第四台脉冲式散裂中子源。有了它，相关领域的中国科学家结束了排队申请使用国外设备开展科学研究的历史。”陈和生说。

面向前沿科学带来技术革新

500多人的科研团队、800多项研究课题、约4000个注册用户……运行4年来，中国散裂中子源交出了一份亮眼的成绩单。

大科学装置服务国家重大需求，是攻克前沿科学问题的利器。

中国散裂中子源已完成的用户实验课题，涉及深海潜水器等大型工程部件残余应力和服役性能检测等，为国家亟须的许多高性能结构材料攻关提供了关键技术平台。

此外，今年4月通过验收的“大气中子辐照谱仪”，已吸引国内不少高科技企业将产品送来测试，确保电子元器件与系统性能的高度可靠；即将调试的“工程材料谱仪”，可以更准确高效地获得高铁车轮内部深层的残余应力数据，将为提升国产高铁车轮的加工工艺和使用寿命提供关键数据支撑。

不仅“顶天”，而且“立地”，中国散裂中子源许多看似高深的科研成果，其实与人们的生活密切相关。

以锂电池研究为例，“通过将汽车锂电池包连同模拟充放电过程的设备放入中子散射谱仪，实时原位测量，在几百次充放电的过程中观察锂电池宏观性能的变化与微观结构性质的关系，能为改进和优化锂电池的设计提供关键数据。”陈和生介绍。

在癌症治疗领域，利用中国散裂中子源相关技术催生的首个产业化项目——硼中子俘获治疗BNCT装置，有望为我国肿瘤治疗带来重要技术革新。目前，研究团队正与东莞市人民医院共同推进临床试验相关工作，并吸引相关企业在东莞松山湖成立了BNCT产业化公司。

推动创新研究成果在大湾区落地

“大国重器”散裂中子源的投用，解决了哪些科研痛点？

香港大学教授黄明欣长期从事材料研究，过去他需要向国外散裂中子源申请机时，设计好实验步骤，把材料寄到国外，做好实验之后，再传回数据。中国散裂中子源正式投入运行后，黄明欣十分兴奋：“在自家门口做实验，太方便了！”

当时，具有广泛应用前景的“超级钢”正进入黄明欣的视野。利用中国散裂中子源的通用粉末衍射仪，他的团队发现了强度高而且韧性好的“超级钢”微观机制，为改进这种钢的断裂、韧性和腐蚀性等问题提供了关键数据支撑。

作为国家大科学装置，中国散裂中子源也是汇聚顶尖人才、开展科技合作的重大平台。随着粤港澳大湾区建设加速推进，中国散裂中子源在粤港澳科技合作中的作用日益凸显，许多创新研究成果在东莞本地和大湾区实现了落地，让大科学装置释放最大的生命力。

其中，由东莞理工学院投资8000万元，联合中国散裂中子源和香港城市大学建设的多物理谱仪是国内首台中子全散射谱仪，可用于不同有序度材料的结构研究。自2021年10月正式向全球的科研人员开放以来，香港中文大学、香港科技大学、香港理工大学、澳门科技大学等高校的用户在这里开展多项实验研究。

“中子散射用户正快速增长。”中国科学院高能物理研究所副所长、散裂中子源科学中心主任陈延伟说，2021至2022年度，中国散裂中子源申请使用装置课题数同比增长122%。目前运行有5台谱仪，另外正在建设、调试6台合作谱仪，二期还将增建若干谱仪和终端。

“全部谱仪投入运行后，会有更多用户能够用上散裂中子源装置。”陈延伟说。未来，这座“超级显微镜”将继续带领人类探索微观世界的奥秘，产出更多高水平研究成果。