1998年6月,，德國一輛城際快車意外出軌,，導(dǎo)致101名乘客死亡,。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，悲劇的元兇竟然是老化的車輪內(nèi)部形成的裂紋,。其實(shí),，無論是高鐵的輪軌，還是飛機(jī)的渦輪,、機(jī)翼,，都存在著應(yīng)力——它看不見摸不著，卻決定著飛機(jī),、高鐵等大型裝備的安全和壽命,。把它研究清楚，成為從根本上避免類似災(zāi)難發(fā)生的關(guān)鍵,。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),，一種先進(jìn)的大科學(xué)裝置可以幫助他們“捕捉”到大型部件中的應(yīng)力，這就是散裂中子源,。日前,，中國散裂中子源首次打靶成功，獲得了中子束流,，標(biāo)志著這一大科學(xué)裝置正式進(jìn)入試運(yùn)行階段,。中國科學(xué)家再也無須借助美國、英國和日本的散裂中子源裝置進(jìn)行研究,，我國成為世界上第四個擁有散裂中子源這一“超級顯微鏡”的國家,。在9月1日召開的新聞發(fā)布會上，中國科學(xué)院院士陳和生仍難掩激動：“首次獲得中子束流的目標(biāo)原定于今年秋天,，如今提前實(shí)現(xiàn),，且調(diào)試進(jìn)度大大超過國際上其他散裂中子源調(diào)試過程,，這樣的結(jié)果令人振奮?！?/p>

看穿物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的利器

8月28日上午10點(diǎn),，在位于廣東省東莞市大朗鎮(zhèn)的中國散裂中子源靶站譜儀控制室里，工程總指揮陳和生一聲令下,，從加速器引出的質(zhì)子束流首次打向金屬鎢靶,。科研人員們緊張地凝視著控制系統(tǒng)的屏幕,，期待見證工程歷史性的一刻。10點(diǎn)56分,，科研人員在靶站6號和20號中子束線中分別測量到中子能譜,，散裂中子源順利獲得中子束流。

“完全符合計(jì)算,，試驗(yàn)一次成功,，比預(yù)想的還要順利！”陳和生說,。

理解散裂中子源,，要從中子開始。中學(xué)物理課本中講過,，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。原子核中就包含了中子,。中子不帶電且對某些原子核非常敏感的特性,，使得它能夠“拍攝”到材料的微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動規(guī)律，因此可以成為科學(xué)家們探測各種物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“探針”,，散裂中子源也被科學(xué)家們形容為“超級顯微鏡”,。

“假如將一個物質(zhì)的分子比喻成一張大網(wǎng)，那原子核就是網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn),，我們可以對這個大網(wǎng)拋出許多中子‘彈珠’,，有的‘彈珠’會穿過這個網(wǎng)的孔，有的‘彈珠’則和網(wǎng)中節(jié)點(diǎn),、線發(fā)生碰撞,，飛向不同方向。如果能夠把所有‘彈珠’的軌跡都測量清楚,，通過計(jì)算,，便可以反推出網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，‘球’扔得越多,，網(wǎng)的結(jié)構(gòu)描繪越精準(zhǔn),。”陳和生對散裂中子源原理給出了通俗的解釋。

用于探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的中子需要被大量制造,，但中子十分不穩(wěn)定,，平均壽命不到15分鐘，無法被直接用于科學(xué)研究,。因此,，一種能獲得高性能中子的大科學(xué)裝置——中子源應(yīng)運(yùn)而生。過去,，科學(xué)家曾使用核反應(yīng)堆制造中子源,，隨著近年來技術(shù)進(jìn)步和安全評估的要求，散裂中子源成為更優(yōu)質(zhì)的選擇,。

將成為國際上最先進(jìn)的多學(xué)科交叉研究平臺

雖然中子是如此微小,，但產(chǎn)生強(qiáng)中子束的散裂中子源卻是異常龐大的大科學(xué)裝置，是各種高,、精,、尖設(shè)備組成的整體。

目前世界上正在運(yùn)行的三大散裂中子源分布在英國,、美國和日本,。為此，美國投資14億美元,，日本投資18億美元,，而我國預(yù)計(jì)總投入達(dá)到23億元人民幣。整個裝置建在大朗鎮(zhèn)工程區(qū)13米到18米的地下,，一期工程占地400畝,。“作為發(fā)展中國家的第一臺散裂中子源,，我們的性能和精度將相當(dāng)于美國散裂中子源,，設(shè)計(jì)思路卻更加優(yōu)化?！标惡蜕f,。

如此巨額的投入能為科技發(fā)展帶來怎樣的回報？

據(jù)陳和生介紹,，英美和日本此前曾用各自的散裂中子源進(jìn)行鋰電池,、離子導(dǎo)電體、石化材料,、飛機(jī)高鐵材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)的研究,，中國散裂中子源也將成為國際上最先進(jìn)的多學(xué)科交叉研究平臺，除了本文開頭提到的應(yīng)力研究等中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題,，散裂中子源還可為我國材料科學(xué),、新能源,、化學(xué)化工、電子器件等多個領(lǐng)域提供有力研究支撐,，將大大加速我國相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)程,。

如果應(yīng)用于在深海高壓環(huán)境下安全開采可燃冰，科學(xué)家可以在散裂中子源處模擬深海環(huán)境,，研究可燃冰內(nèi)部物質(zhì)在壓力釋放的過程中取向和多重結(jié)構(gòu),，由此找到合適的釋放條件。

如果應(yīng)用于制藥行業(yè),，由于一些藥物成分主要從某些易揮發(fā),、易燃的有機(jī)溶劑中提取，制藥化學(xué)廢棄物的處理成本很高,。研究人員可通過散裂中子源尋找到新手段,，減少廢棄物的產(chǎn)生，從而大大降低制藥廢棄物處理成本,。

散裂中子源也將成為科研成果轉(zhuǎn)化的平臺。8月11日上午,，中國科學(xué)院院士王貽芳簽署了中國散裂中子源首個產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目——硼中子俘獲治療（BNCT）項(xiàng)目,。BNCT是一種利用中子射線照射進(jìn)行腫瘤治療的技術(shù)，能夠有效殺死癌細(xì)胞而不損傷周邊組織,，具有安全性高,、定位精確、價格相對低廉等特點(diǎn),，該項(xiàng)目有望在未來5年內(nèi)成為全國治療腫瘤疾病的一種新手段,。

“十年磨一劍”建立中國人自己的散裂中子源

2001年2月，在由當(dāng)時的國家科委發(fā)起的香山科學(xué)會議上,，專家們提出在中國建設(shè)散裂中子源的設(shè)想,。為優(yōu)化大科學(xué)裝置在全國的布局，帶動地區(qū)發(fā)展,，2006年,，散裂中子源選址東莞大朗?！盀榱巳缃駳v史性的一刻,，我們期盼了10年?！标惡蜕f,。

據(jù)了解，中國散裂中子源是國家“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,，由中國科學(xué)院和廣東省共同建設(shè),，法人單位為中國科學(xué)院高能物理研究所，共建單位為中國科學(xué)院物理研究所,。中國科學(xué)院從2006年起支持了相關(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)在全國近百家合作單位完成,，許多設(shè)備的研制達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到96%以上,，同時帶動了相關(guān)企業(yè)的技術(shù)革新,。

散裂中子源原理涉及核物理，對于這樣的大科學(xué)裝置的安全性,，許多人抱有疑慮,。陳和生表示，與核反應(yīng)堆不同,，散裂中子源不是核裝置,，沒有核燃料，動力來自電能,。而對于電磁輻射等輻照影響,，整個工程的輻照量低于國家標(biāo)準(zhǔn)的十分之一，一個人在散裂中子源附近待一年,，所得到的輻照量僅相當(dāng)于坐一次飛機(jī),，因此安全環(huán)保性很高。

目前,，世界上的另外三臺散裂中子源都是開放的實(shí)驗(yàn)平臺,，全球的用戶可以向散裂中子源裝置提出需求，經(jīng)過用戶科學(xué)委員會對項(xiàng)目的篩選后,，進(jìn)行順次排隊(duì)實(shí)驗(yàn),。

中國科學(xué)院高能物理研究所黨委書記潘衛(wèi)民表示，本次中國散裂中子源成功獲得中子束流,，標(biāo)志著散裂中子源主體工程順利完工,，進(jìn)入試運(yùn)行階段，預(yù)計(jì)2018年春天將作為公益性的大科學(xué)裝置正式向國內(nèi)外科研單位和企業(yè)用戶開放,，未來,，散裂中子源還將向國家申請二期工程建設(shè)，包括新建譜儀等,。

（作者：本報記者 楊舒）