中國(guó)散裂中子源投入試運(yùn)行，我國(guó)成為世界上第四個(gè)擁有“超級(jí)顯微鏡”的國(guó)家

“超級(jí)顯微鏡”能“看”清什么(關(guān)注)

日前,，位于廣東東莞的國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,，獲得中子束流,，這標(biāo)志著CSNS主體工程順利完工，進(jìn)入試運(yùn)行階段,。中國(guó)散裂中子源是什么,？它長(zhǎng)啥樣？有什么用,？安不安全,？本報(bào)記者奔赴現(xiàn)場(chǎng)，為您一一揭曉,。

中國(guó)散裂中子源園區(qū)鳥瞰圖,。中國(guó)散裂中子源供圖

一問(wèn)：是什么？

就像一臺(tái)“超級(jí)顯微鏡”,，可以研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)

“當(dāng)一束中子入射到研究樣品上時(shí),，與它的原子核或磁矩發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射,。通過(guò)測(cè)量散射的中子能量和動(dòng)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(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,，告訴人們?cè)雍头肿拥奈恢眉捌溥\(yùn)動(dòng)狀態(tài),。這種研究手段就叫中子散射技術(shù)?！敝袊?guó)散裂中子源工程總指揮,、工程經(jīng)理、中科院院士陳和生說(shuō),。

1932年,，英國(guó)物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，人們開始認(rèn)識(shí)到原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成的,。中子的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用是20世紀(jì)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(qiáng),，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(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的理想探針之一，和X射線一樣,，是多學(xué)科研究中探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和原子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)有力手段,。

陳和生進(jìn)一步解釋說(shuō)：“打個(gè)比方，假設(shè)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(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),。”

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

高通量的中子源包括反應(yīng)堆中子源和散裂中子源,。核反應(yīng)堆是一種穩(wěn)定連續(xù)的中子源，在中子科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大的作用,。但由于反應(yīng)堆散熱技術(shù)的限制,，反應(yīng)堆中子通量在上世紀(jì)六七十年代就達(dá)到了飽和。隨著科技的進(jìn)步,，相應(yīng)的研究體系如薄膜,、納米團(tuán)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(jí)的樣品更為困難。因此,，小樣品的快速,、高分辨的中子散射測(cè)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(yīng)運(yùn)而生,。

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