科学普及

建设中的散裂中子源

一、相关背景

中子和人们熟知的X射线一样，都是人类探索物质微观结构的有力手段，产生中子束的散裂中子源与产生X射线束的同步辐射光源是目前研究物质结构的最重要的装置，两者相辅相成、优势互补，为增强国家科技综合实力做出重要贡献。散裂中子源就像一台“超级显微镜”，研究诸如DNA、蛋白质、飞机材料等的结构。

散裂中子源是用来自大型加速器的高能质子轰击重金属靶，重金属原子核在高能质子的轰击下发生散裂反应，释放出中子，这些中子形成非常强的中子束流，中子再经慢化后与实验样品发生散射，由中子散射谱仪探测。科学家利用中子谱仪研究一系列新颖材料（样品）最本质的结构细节和运动轨迹。基于加速器的散裂中子源不使用核燃料、不产生长寿命的核废料，且脉冲中子通量突破了反应堆中子源的上限，安全易控。由于中子的特殊性质，在测定物质内氢元素和同位素的位置以及磁性结构等方面具有同步辐射光源不可替代的作用。在薄膜、纳米团簇、生物大分子和蛋白质等热点前沿研究领域内，中子探测装置已成为科学家不可缺少的利器。建造高性能的散裂中子源，早已成为当今发达国家提升科技创新能力的重要手段。

二、设施简介

散裂中子源（CSNS）项目由中国科学院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市大朗镇，计划于2018年前后建成。CSNS项目一期工程建设内容包括一台负氢离子直线加速器、一台快循环同步加速器（RCS）、一个靶站、3台中子谱仪（最多可建20台），以及与其配套的辅助设施和土建工程。CSNS建成后将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源，与世界上正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源和英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源，为我国在物理学、生命科学、材料科学、医药和新型核能开发等学科前沿领域的基础研究和高新技术开发研究提供一个先进、功能强大的中子散射科学研究平台。

CSNS落户广东，是大科学装置首次在我国华南地区建设，有利于优化科研设施在全国的布局，增强我国南方经济发达省份的科研创新能力，对于贯彻国家中长期科技发展规划、改变经济增长方式、实施科教兴国的战略发挥示范作用。CSNS目前已确定的首批用户达500多个，国内潜在用户在1900个以上，项目将在东莞打造一块科技人才高地。

CSNS工程的建设，也促进了与高等院校的学研合作。2009至2012年，中国散裂中子源与东莞理工学院先后成立了四个联合实验室，双方各取所长，优势互补。联合实验室既服务于散裂中子源项目建设，同时又提升东莞理工学院学科建设和人才培养水平，为地方经济和社会转型升级提供人才支撑和智力支持。

CSNS正式建造之前，有一系列国内尚未掌握的核心技术，因此必须提前进行关键设备的预制研究工作。从2006年开始，经过六年的攻关，关键技术已经掌握，铁氧体加载腔、四极磁铁、二极磁铁、漂移管直线加速器等23项主要设备的样机已通过鉴定验收，目前非标设备的批量生产已全面展开。为了不断优化散裂中子源的设计，促进国际国内交流与合作，项目每年定期举办国际顾问委员会评审会，并邀请国际加速器和靶站谱仪专家前来参观访问。

散裂中子源工程效果图

散裂中子源工程进展照片