記中國科學(xué)院中國散裂中子源科研團隊

“一花一世界、一樹一菩提”，就算是不起眼的一粒沙子，內(nèi)部也可能隱藏著一個完整的世界。

如何才能看到沙子里面的世界呢?從16世紀(jì)末光學(xué)顯微鏡誕生，到20世紀(jì)電子顯微鏡出現(xiàn)，人們能夠清晰分辨出單個原子，也就是說真的可以看到沙子里面有個“小世界”了。

那么，有沒有一個“超級顯微鏡”，可以看到比沙粒更微小的物質(zhì)空間呢?

在位于粵港澳大灣區(qū)中部的廣東東莞，就有一個這樣的“超級顯微鏡”——中國散裂中子源。

投資23億元、歷時18年，由中國科學(xué)院院士陳和生率團隊籌備、規(guī)劃、建成的這個大科學(xué)裝置，是科研領(lǐng)域的“國之重器”，對我國探索前沿科學(xué)問題、攻克產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)、解決“卡脖子”問題具有重要意義。

在“最小世界”做“最大科研”，是怎樣一種浪漫與執(zhí)著?

揭開微觀物質(zhì)世界的神秘面紗

“中國散裂中子源由中國科學(xué)院和廣東省共同建設(shè)，它使我國成為世界上第四個擁有脈沖型散裂中子源的國家。”作為中國散裂中子源工程總指揮，陳和生這樣說。

被稱為“超級顯微鏡”的散裂中子源，是用中子散射的方式探索微觀世界的頂尖工具。“其工作原理是把質(zhì)子束當(dāng)成‘子彈’，將質(zhì)子加速到0.9倍光速，去轟擊金屬靶，將其原子核撞擊出中子，再利用這些中子開展各種實驗。”中科院高能物理研究所副所長、東莞研究部主任陳延偉介紹，當(dāng)中子與研究對象的原子核發(fā)生相互作用，中子會向四周散射，從其散射軌跡及能量動量變化，可以反推出研究對象的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和動力學(xué)。

中國散裂中子源是一個由數(shù)以千計的高精尖設(shè)備組成的復(fù)雜整體，其建造工程本身，就是一個從“0到1”的巨大挑戰(zhàn)。“在建設(shè)中，除了解決基礎(chǔ)科學(xué)原理外，我們還要研制大量非標(biāo)設(shè)備，工程與研究的雙重復(fù)雜性難以盡述。”中國科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部中子科學(xué)部主任梁天驕介紹，團隊成員通過自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，先后攻克了25赫茲交流磁鐵、高功率靶、液氫慢化器、中子探測器等多項關(guān)鍵技術(shù)。

2017年8月，中國散裂中子源首次打靶成功，獲得漂亮的中子束流。通過中子散射實驗，科研人員可以開展新型鋰離子電池、磁性材料、高強合金、太陽能電池、航空材料、可燃冰、頁巖、催化劑等各個領(lǐng)域的研究。

“的確，從中子層面來看，一粒沙中就有一個廣闊世界。”陳延偉說，“散裂中子源團隊的使命，就是為人類揭開微觀物質(zhì)世界的神秘面紗。”

探索前沿科技的星辰大海

2018年8月23日，經(jīng)過十余年的籌備和六年半的建設(shè)，中國散裂中子源工程圓滿通過了國家驗收，投入正式運行，填補了國內(nèi)脈沖中子應(yīng)用領(lǐng)域的空白，設(shè)備國產(chǎn)化率超過90%，性能全部達到或優(yōu)于批復(fù)的驗收指標(biāo)。

也許人們會問，除規(guī)模大、投資巨、周期長之外，大科學(xué)裝置與一般科學(xué)裝備相比最大的不同在哪里?

“大科學(xué)裝置是支撐基礎(chǔ)科學(xué)前沿研究和多學(xué)科交叉前沿研究的公共平臺，主要是為用戶開展原始創(chuàng)新提供科學(xué)服務(wù)，其產(chǎn)出是科學(xué)知識和技術(shù)成果，而不是直接的經(jīng)濟效益。”中國科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部加速器技術(shù)部主任王生強調(diào)。

“溯洄從之,道阻且長。”國家驗收通過，只是這支夢幻科研團隊的一個新起點。“正式通過國家驗收時，裝置的束流功率是20千瓦左右，而設(shè)計目標(biāo)最終要提高到100千瓦。”王生說，“我們要做的工作還很多。”

此后，王生率領(lǐng)團隊成員在開放運行的間隙，進行了大量的束流調(diào)試和研究工作。2020年2月，正是疫情暴發(fā)初期，團隊成員在做好嚴(yán)格防疫前提下，開始了加速器束流提升攻堅戰(zhàn)。這一個月里，調(diào)束人員共分為兩班，24小時工作不停歇。

2月28日，團隊十幾年的付出，終于迎來回報。中國散裂中子源打靶束流功率達到100千瓦的設(shè)計指標(biāo)，并開始100千瓦穩(wěn)定供束運行。這一刻，比原計劃整整提前一年半。這一刻，團隊成員無不熱淚盈眶。

十載耕耘，只為今朝亮劍出鞘。中國散裂中子源開放運行后，大科學(xué)裝置的綜合效應(yīng)開始逐步顯現(xiàn)。在已完成的五輪運行中，中國散裂中子源服務(wù)全球用戶，完成超過400項原創(chuàng)性課題研究，成為重要的原始創(chuàng)新策源地。

中國散裂中子源團隊經(jīng)過漫長時間的努力，為科技界和產(chǎn)業(yè)界探索前沿科技的星辰大海打開了一扇大門。

星光浩瀚，前路可期。

為大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展注入澎湃動力

2021年1月，中國散裂中子源多物理譜儀成功出束。這是中國散裂中子源科學(xué)中心、東莞理工學(xué)院和香港城市大學(xué)共同建設(shè)的國內(nèi)首臺中子全散射譜儀，也是中國散裂中子源第一臺合作譜儀。

被譽為“眾多高新技術(shù)源泉和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)搖籃”的中國散裂中子源，在材料科技、生命科學(xué)、物理、化學(xué)化工、資源環(huán)境、新能源等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，正在為大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展注入澎湃動力。

“中國散裂中子源為港澳科學(xué)家開展相關(guān)科研提供前了所未有的便利。”梁天驕介紹，大灣區(qū)是國內(nèi)先進制造業(yè)基地，對材料科學(xué)研究有著迫切的需求，中國散裂中子源布局在此，為諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要支撐。

作為大灣區(qū)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，中國散裂中子源讓大灣區(qū)建設(shè)“具有全球影響力的國際科技創(chuàng)新中心”有了堅實的基礎(chǔ)與支撐，港澳地區(qū)的多家高校紛至沓來，在此開展科學(xué)實驗。2020年1月，散裂中子源科學(xué)中心與香港城市大學(xué)、澳門大學(xué)、東莞理工學(xué)院共建的“粵港澳中子散射科學(xué)技術(shù)聯(lián)合實驗室”正式揭牌。

中國散裂中子源還帶來人才的“磁吸效應(yīng)”。近年來，很多相關(guān)的一流科研機構(gòu)和高新科技人才，主動選擇落戶大灣區(qū)。“通過項目的建設(shè)，我們培養(yǎng)出一支優(yōu)秀的青年科研隊伍。”陳延偉指出，“中國散裂中子源團隊的300多名科研工程人員平均年齡只有36歲，他們扎根東莞，成為粵港澳大灣區(qū)創(chuàng)新發(fā)展的寶貴財富。”

創(chuàng)新照亮未來，征程未有窮期。陳和生介紹，中國散裂中子源的總體目標(biāo)是建設(shè)我國在相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)和高技術(shù)領(lǐng)域的具備原始創(chuàng)新能力的團隊，促進我國科技和工業(yè)等方面技術(shù)的加速發(fā)展，至2030年，帶領(lǐng)我國中子散射技術(shù)研究和應(yīng)用科學(xué)界，全面進入世界先進行列。

“雖然，我們研究的是微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)，但我們服務(wù)的是民族復(fù)興偉大事業(yè)。”陳和生說，“只要這萬般努力能夠服務(wù)當(dāng)下、通往未來，那‘十年磨一劍’就不算太久。”

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