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中国建成首台“超级显微镜” 国产化率超90%

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北京时间3月25日,建在广东东莞的中国散裂中子源通过中国科学院组织的工艺鉴定和验收。这是中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源,被视为研究物质微观结构的“国之重器”。

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中国散裂中子源漂移管直线加速器(图源:VCG)

综合媒体报道,根据工艺鉴定验收专家委员会的评价,中国散裂中子源性能全部达到或优于中国发改委批复的验收指标。装置整体设计科学合理,研制设备质量精良,调试速度快于其他国家的散裂中子源。靶站最高中子效率达到国际先进水平。

中国官媒称,建成后的中国散裂中子源填补了中国脉冲中子应用领域的空白,为中国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段,对“解决前沿科学问题具有重要意义”。

中国科学院将散裂中子源装置比喻成“超级显微镜”。世界上的物质都是由分子和原子构成,而中子和质子又构成了原子核。当一束中子入射到样品上时产生散射,通过测量散射的中子能量和动量的变化,可以研究各种物质的微观结构和运动规律,这种研究手段就叫中子散射技术。

中国散裂中子源装置于2011年9月开工建设,工期6.5年,总投资约23亿元人民币(约合3.643亿美元),主要建设内容包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站,以及一期三台供中子散射实验用的中子谱仪,是各种高、精、尖设备组成的整体。

2017年8月,中国散裂中子源首次打靶成功并获得中子束流,11月,达到打靶束流功率的验收指标。

2018年中国农历春节期间,加速器运行稳定,束流功率和连续运行时间均创调束以来的新高,首期三台中子谱仪,即通用粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪,都顺利完成样品实验。通用粉末衍射仪已经完成了两个高水平的用户实验。

据了解,中国散裂中子源设备国产化率超过90%。官方宣称,该设备建成,使中国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。

这个顶尖的科学装置能给民众生活带来哪些改变?中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生介绍,无论是高铁的轮轨,还是飞机的涡轮、机翼里面都有应力,它决定了高铁和飞机使用寿命和安全性,但是这个应力看不到、摸不着,如何把它研究清楚,成了从根本上避免类似灾难再次发生的关键。

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中国散裂中子源快循环同步加速器(图源:VCG)

陈和生举例称,1998年,德国高铁意外出轨,后经调查发现,事故的元凶是车轮老化和材料疲劳产生的裂纹。德国高铁的车轮后来被送到英国散裂中子源用中子散射研究,找到了金属疲劳的规律,制定了保证车轮安全的技术措施。

据报道,建成后的中国散裂中子源将发挥一期三台谱仪在材料科学、生命科学、凝聚态物理和化学等领域的作用。

为了充分发挥装置作用,满足中子散射研究和应用用户迫切需求,中科院的专家委员会建议:中国散裂中子源应尽快达到设计指标,实现稳定运行。在装置通过验收后尽快启动二期工程立项,开始后续谱仪建设,进一步提升束流功率。

陈和生介绍,按照国际惯例,中国散裂中子源会免费向用户开放,只对一些涉及商业秘密研究、不能发表研究结果的企业收取少量费用。中科院已就此建立起一整套设备开放制度,由业内专家组成的用户申请委员会将决定散裂中子源装置向哪些用户开放,实验时间有多长。

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