又一大科學工程主體完工！國家投入18.8億元！

　　2017年09月01日 14:56 　　來源：來點科學公眾號

　　中國科學院院士、國家大科學工程中國散裂中子源（CSNS）工程總指揮陳和生剛剛宣布，四天前即8月28日，位於廣東東莞的中國散裂中子源首次打靶成功，獲得中子束流——這是該工程建設的重大里程碑，標誌著中國散裂中子源主體工程順利完工，進入試運行階段。

　　

　　中國散裂中子源是國家「十一五」期間立項、「十二五」期間重點建設的重大科技基礎設施，由中國科學院和廣東省共同建設，法人單位為中國科學院高能物理研究所，共建單位為中國科學院物理研究所。該工程於2011年10月奠基，預計總投資為23億元人民幣，其中國家批複投資18.8億元。

　　

　　中國散裂中子源效果圖

　　在中國科學院今天舉行的集體採訪會上，陳和生向包括中國青年報?中青在線記者在內的來訪媒體展示了一張照片，照片上的時間定格在2017年8月28日上午，這是中國散裂中子源首次打靶成功后，工程經理部成員和相關係統人員的集體合影。陳和生說，首次獲得中子束流的目標原定於今年秋天，如今提前實現，且調試進度大大超過國際上其他散裂中子源調試過程，這樣歷史性的一刻值得共同見證。

　　他清晰地記得，8月28日上午10時，在中國散裂中子源靶站譜儀控制室，科研人員緊張待命，作質子束流打靶前的最後準備。在他發出指令后，從加速器引出的質子束流首次打向金屬鎢靶。10時56分許，科研人員在靶站6號和20號中子束線，分別測量到從兩個不同慢化器輸出的中子能譜，這意味著，散裂中子源順利獲得中子束流。

　　

　　中國散裂中子源靶心全貌

　　所謂散裂中子源，通俗的說就是一個用中子來了解微觀世界的工具，也因此被形象地稱作「超級顯微鏡」。當然，中國散裂中子源並非國內唯一能產生中子的裝置，我國還有兩個反應堆中子源裝置——中國先進研究堆和中國綿陽研究堆，它們可以提供連續中子束。所不同的是，中國散裂中子源是我國唯一能通過加速器打靶產生中子的裝置。

　　目前，全球正在運行的脈衝式散裂中子源主要有英國散裂中子源、美國散裂中子源和日本散裂中子源。建成后的中國散裂中子源，將成為世界第四台脈衝式散裂中子源。

　　

　　中國散裂中子源直線加速器

　　按照陳和生的說法，這樣一個大科學工程，不僅可以在材料科學、生命科學、物理等基礎研究領域提供「有力支撐」，還有「接地氣」的一面，相關領域可藉此平台攻克國家可持續性發展和國家安全戰略需求的一些瓶頸問題。

　　他舉了一個例子：1998年6月，德國一輛城際快車意外出軌，事故元兇竟然是老化的車輪。車輪在英國散裂中子源上檢測，發現其中的內部裂痕。

　　陳和生說，事實上，無論是高鐵的輪軌，還是飛機的渦輪、機翼裡面都有應力，它決定了高鐵和飛機使用壽命和安全性。但是，這個應力看不到、摸不著，對它的研究成了避免類似災難發生的關鍵。如今，科學家已經可以在散裂中子源上，測量研究輪軌和機翼的剩餘應力，優化機械加工工藝，使高鐵和飛機變得更安全舒適。

　　

　　中國散裂中子源環加速器

　　他還記得，2001年2月，我國科學家第一次在香山會議上提出建設該工程的設想。從2006年起，中國科學院支持了相關關鍵技術的預研，攻克了諸多技術難題。加速器、靶站和譜儀工藝設備的批量生產在全國近百家合作單位完成，設備國產化率達到96%以上。

　　按照工程規劃，整個裝置建在13米到18米的地下，其主要建設內容包括1台8千萬電子伏特的負氫離子直線加速器、1台16億電子伏特的快循環質子同步加速器、2條束流運輸線、1個靶站、首批建設的3台譜儀及相應的配套設施和土建工程。

　　

　　中國散裂中子源鳥瞰圖

　　當天，陳和生還透露，預計2018年春，中國散裂中子源將按計劃全部完工，正式對國內外用戶開放。未來，散裂中子源還將向國家申請二期工程建設，屆時將新建譜儀，並將功率從100千瓦升級到500千瓦。

　　來點科學一問一答

　　啥是中子

　　世界上的物質是由分子和原子構成的，原子就像是原子核和核外電子的微小太陽系，質子和中子構成了原子核。

　　中子作為組成原子核的基本粒子之一，不帶電，因此被稱為中子。它是由劍橋大學卡文迪許實驗室的英國物理學家詹姆斯·查德威克於1932年發現的。中子對輕的原子核非常敏感，能夠精確測得分子結構中的氫原子位置，還能定位「摻雜」在重原子中的其他輕原子。中子的這種特性，使它能夠「拍攝」到材料的微觀結構，跟蹤正在運動中的原子核分子的行為。

　　

　　啥是中子源

　　中子源是能夠產生中子的裝置，進行中子核反應、中子衍射等中子物理實驗的必要設備。要用中子研究物質的結構，必須有一個適當的中子源。

　　最早使用的是放射性同位素中子源，但強度較低，壽命有限。20世紀用於中子核物理研究的主要中子源，是用低能粒子加速器產生的帶電粒子束轟擊靶而產生的中子，其能量單一、脈衝性好，但中子產生效率較低。反應堆中子源中子通量高，應用最為廣泛，但由於反應堆散熱技術的限制，使其最大中子通量受到限制。

　　散裂中子源的出現則突破了反應堆中子源中子通量的極限。

　　啥是散裂中子源

　　簡單地說，散裂中子源就是一個用中子來了解微觀世界的工具。當一個高能質子打到重原子核上時，一些中子被轟擊出來，這個過程被稱為散裂反應。被轟擊的原子核溫度升高，更多的中子就會「沸騰」起來並脫離原子核的束縛。

　　如果將一個壘球用力投到裝滿球的筐中，有一些球會立刻蹦出來，而更多的球則會彈跳並翻出筐外，散裂反應與這個過程很相似。每個與原子核相作用的質子能夠轟擊出20到30個中子。

　　從上世紀80年代開始發展起來的、基於先進加速器技術的散裂中子源是目前世界上最先進的中子源，它的基本原理是用高能強流質子加速器產生能量在1GeV以上的質子束轟擊重元素靶（如鎢或鈾），在靶中發生散裂反應，產生大量的中子。

　　

　　這麼大裝置對環境有輻射嗎？

　　散裂中子源是一台大型射線裝置，產生的輻射主要是瞬發性的。只要加速器一停機，輻射場隨即消失，同時也不再引起空氣、冷卻水以及土壤的活化。散裂中子源通常安置在地下隧道內，周圍用很厚的鋼筋混凝土牆來屏蔽輻射。

　　在屏蔽外，劑量水平遠低於天然宇宙線產生的照射，大約只相當於宇宙射線對人體產生的劑量的1/10，並且只要加速器一停機，這種瞬發輻射隨即消失，不再對環境造成影響。

　　即使工作人員，在工作場所5年所接受的劑量也僅與進行1次X射線胸透所接受的劑量相當。此外，散裂中子源還設計了嚴格的人身安全聯鎖系統，確保人身、環境安全。

　　對中國散裂中子源建設可能帶來的環境影響評價結果表明，中國散裂中子源運行時產生的中子、γ射線，以及少量放射性氣體的排放，對場址邊界外周圍公眾的年劑量水平大大低於國家標準GB18871規定的，對公眾的劑量限值標準1mSv/a，能夠保證公眾成員的健康與安全。另外，中國散裂中子源運行過程中產生的O3等氣體的濃度遠遠低於國家標準值，不會對周圍環境產生不利的影響。

　　

　　18.8億元國家投入算多嗎？

　　陳和生說，美國散裂中子源投入14億美元，中國預計總投入是23億元人民幣（其中國家投入18.8億元人民幣），對比來看並不算多。建成后，中國散裂中子源將成為發展中國家的第一台散裂中子源，躋身世界四大脈衝散裂中子源行列，從而大幅提升中國基礎研究和高技術的水平。

　　當然，之所以相比國外「節省」很多，一個重要原因在於採用國產設備。陳和生說，該項目從2006年起開展了一系列關鍵技術的預製研究工作，攻克了眾多技術難題。加速器、靶站和譜儀工藝設備的批量生產在全國近百家合作單位完成，許多設備的研製在達到國內外先進水平，設備國產化率達到96%以上，「如果從國外進口相關設備，這個投資（國家經費18.8億元人民幣）肯定是不夠的」。