中國(guó)人有了自己的“超級(jí)顯微鏡”

　　盡管已經(jīng)過(guò)去10多天，但當(dāng)71歲的中國(guó)科學(xué)院院士陳和生回憶起中國(guó)散裂中子源“出束”的那一幕，仍按捺不住激動(dòng)。

　　他特別留意了時(shí)間：8月28日10時(shí)，在中國(guó)散裂中子源靶站譜儀控制室，科研人員緊張待命，做質(zhì)子束流打靶前的最后準(zhǔn)備。隨著一聲號(hào)令，從加速器引出的質(zhì)子束流，打向金屬鎢靶——這是第一次打靶。

　　8月28日10時(shí)56分許，科研人員從中國(guó)散裂中子源靶站6號(hào)和20號(hào)中子束線里，分別測(cè)量到從兩個(gè)不同慢化器輸出的中子能譜。這意味著，打靶成功，散裂中子源順利獲得中子束流。這是該工程建設(shè)的重大里程碑，標(biāo)志著中國(guó)散裂中子源主體工程順利完工。

　　陳和生就是這個(gè)大科學(xué)裝置工程的總指揮。該工程是國(guó)家“十一五”期間立項(xiàng)、“十二五”期間重點(diǎn)建設(shè)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)總投資為23億元人民幣，其中國(guó)家批復(fù)投資18.8億元，一度被稱作“我國(guó)最大的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”。

　　陳和生說(shuō)，原定于今年秋天實(shí)現(xiàn)首次獲得中子束流的目標(biāo)，如今提前實(shí)現(xiàn)首次獲得中子束流的目標(biāo)，且調(diào)試進(jìn)度大大超過(guò)國(guó)際上其他散裂中子源調(diào)試過(guò)程，這樣歷史性的一刻值得共同見(jiàn)證。

　　所謂散裂中子源，通俗地說(shuō)就是一個(gè)用“中子”來(lái)了解微觀世界的工具。世界上的物質(zhì)由分子和原子組成，而原子內(nèi)部有原子核，原子核則包含了中子。中子不帶電且對(duì)某些原子核非常敏感的特性，讓它能夠“拍攝”到材料的微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此成了科學(xué)家探測(cè)各種物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“探針”。

　　也因此，散裂中子源被科學(xué)家形象地稱作“超級(jí)顯微鏡”。正如X射線能夠“拍攝”人體的醫(yī)學(xué)影像，科學(xué)家希望找到一種工具，能夠“拍攝”物質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)。散裂中子源是最佳選擇之一。

　　陳和生打了一個(gè)較為形象的比方：假設(shè)面前有一張看不見(jiàn)的網(wǎng)，人們不斷地扔出很多玻璃彈珠，彈珠有的穿網(wǎng)而過(guò)，有的則打在網(wǎng)上，彈向不同的角度。如果把這些彈珠的運(yùn)動(dòng)軌跡記錄下來(lái)，就能大致推測(cè)出網(wǎng)的形狀；如果彈珠發(fā)得夠多、夠密、夠強(qiáng)，就能把這張網(wǎng)精確地描繪出來(lái)，甚至推斷其材質(zhì)。

　　當(dāng)然，探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，除了“中子探針”，還有利用“X光”探測(cè)核外電子的同步輻射裝置。中國(guó)運(yùn)行和在建的專用同步輻射裝置，就有“北京光源”“上海光源”和“合肥光源”。

　　中科院高能物理所東莞分部中子科學(xué)部副主任梁天驕說(shuō)，X射線適合觀測(cè)重元素，中子散射適合觀測(cè)氫、氧、氮等輕元素。同步輻射和中子散射看到的是物質(zhì)的不同方面，它們可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

　　目前，全球正在運(yùn)行的脈沖式散裂中子源主要有英國(guó)散裂中子源、美國(guó)散裂中子源和日本散裂中子源。完全建成后的中國(guó)散裂中子源，將成為世界第四臺(tái)脈沖式散裂中子源。

　　陳和生至今還記得，2001年2月，我國(guó)科學(xué)家第一次在香山會(huì)議上提出建設(shè)該工程的設(shè)想，2006年，散裂中子源選址東莞大朗。他說(shuō)，“為了如今歷史性的一刻，我們期盼了10年。”

　　不少人有一個(gè)疑問(wèn)，為了這個(gè)“第四臺(tái)”，國(guó)家財(cái)政投入18.8億元人民幣，值得嗎？陳和生說(shuō)，美國(guó)散裂中子源投入14億美元，對(duì)比來(lái)看中國(guó)的投入并不算多。當(dāng)然，之所以相比國(guó)外“節(jié)省”很多，一個(gè)重要原因在于采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。

　　按照陳和生的說(shuō)法，從2006年起，中國(guó)科學(xué)院支持了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研，攻克了諸多技術(shù)難題。加速器、靶站和譜儀工藝設(shè)備的批量生產(chǎn)在全國(guó)近百家合作單位完成，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到96%以上。“如果從國(guó)外進(jìn)口相關(guān)設(shè)備，這個(gè)投資肯定是不夠的。”他說(shuō)。

　　更為重要的是，在他看來(lái)，這樣一個(gè)大科學(xué)工程，不僅可以在材料科學(xué)、生命科學(xué)、物理等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提供“有力支撐”，還有“接地氣”的一面，相關(guān)領(lǐng)域可借此平臺(tái)攻克國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展和國(guó)家安全戰(zhàn)略需求的一些瓶頸問(wèn)題。

　　他舉了一個(gè)例子：1998年6月，德國(guó)一輛城際快車意外出軌，事故元兇竟然是老化的車輪。在英國(guó)散裂中子源上檢測(cè)車輪，發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)部裂痕。

　　陳和生說(shuō)，事實(shí)上，無(wú)論是高鐵的輪軌，還是飛機(jī)的渦輪、機(jī)翼里面都有應(yīng)力，它決定了高鐵和飛機(jī)使用壽命和安全性。但是，這個(gè)應(yīng)力看不到、摸不著，對(duì)它的研究成了避免類似災(zāi)難發(fā)生的關(guān)鍵。如今，科學(xué)家已經(jīng)可以在散裂中子源上，測(cè)量研究輪軌和機(jī)翼的剩余應(yīng)力，優(yōu)化機(jī)械加工工藝，使高鐵和飛機(jī)變得更安全舒適。

　　按照他的說(shuō)法，散裂中子源的質(zhì)子和中子還可用于腫瘤的放射性治療研究，在新型清潔能源可燃冰的開(kāi)發(fā)利用中，散裂中子源高壓下的中子衍射技術(shù)，也能用來(lái)研究可燃?xì)怏w甲烷水合物的形成機(jī)制和穩(wěn)定條件，其研究成果將為安全、高效地開(kāi)采和利用可燃冰提供科學(xué)依據(jù)。

　　根據(jù)整個(gè)工程規(guī)劃，散裂中子源裝置建在13米到18米的地下，其主要建設(shè)內(nèi)容包括1臺(tái)8000萬(wàn)電子伏特的負(fù)氫離子直線加速器、1臺(tái)16億電子伏特的快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、兩條束流運(yùn)輸線、1個(gè)靶站、首批建設(shè)的3臺(tái)譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施和土建工程。

　　前不久，陳和生透露，預(yù)計(jì)2018年春，中國(guó)散裂中子源將按計(jì)劃全部完工，正式對(duì)國(guó)內(nèi)外用戶開(kāi)放。（記者 邱晨輝）