揭秘中國散裂中子源

【解說】從浩瀚的宇宙到微觀的粒子，人類從未停止過對(duì)物質(zhì)世界的探索。散裂中子源猶如一個(gè)“超級(jí)顯微鏡”，用中子當(dāng)“探針”，研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，所以散裂中子源素有“火眼金睛”之稱。2018年，“國之重器”中國散裂中子源在廣東建成，開啟了中國在探索物質(zhì)微觀世界的遼闊征程。

字幕 廣東省 東莞市

【解說】早晨7點(diǎn)鐘，散裂中子源園區(qū)建設(shè)辦辦公室主任周敏像往常一樣，走進(jìn)辦公室，開始一天的工作。面對(duì)美麗的園區(qū)，周敏不由會(huì)想到十年前這個(gè)地方還是一片僻靜的荔枝林。從一張圖紙，到拔地而起一座現(xiàn)代化園區(qū)，這里凝結(jié)了一代中國科研人的理想。

 

【同期】散裂中子源園區(qū)建設(shè)辦公室主任周敏

2007年年初，我們的分管所長找了我，要求我們來做這個(gè)散裂中子源，當(dāng)然他也給我們簡(jiǎn)單地普及了下，就說散列中子源在我們國家是第一臺(tái)，世界上是第四個(gè)，我當(dāng)時(shí)覺得，哎呀，這是一個(gè)了不起的工程。

 

【解說】在中國散裂中子源建成之前，世界上只有英國、美國與日本三國擁有此技術(shù)。

 

【解說】中子源，顧名思義，產(chǎn)生中子的源，如同光源、水源?？蒲腥藛T把中子入射到所研究的物質(zhì)上，中子會(huì)與研究對(duì)象的原子核發(fā)生作用，通過這些散射開來的中子的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以了解物體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。

 

【同期】中科院高能物理研究所東莞分部副主任 王芳衛(wèi)

主要要解決的問題還是要來看物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，它就像我們平時(shí)大家接觸到的顯微鏡。

 

【同期】散裂中子源粉末衍射譜儀負(fù)責(zé)人何倫華

把中子比喻成一個(gè)小鋼珠，它發(fā)射出來以后去打到一棟十層樓高的高樓里面，那么我們通過中子就能探測(cè)這個(gè)樓里面，哪些地方是空的，哪些地方有承重墻，哪些地方鋼筋很密。通過去分析它反饋出來的軌跡，我們就可以得到這座高樓具體的這些信息。

 

【解說】中子源用于產(chǎn)生中子，中子是組成原子核的粒子之一，但中子并不好產(chǎn)生。首先將質(zhì)子加速到相當(dāng)于0.9倍光速速度，如同“子彈”般去轟擊原子系數(shù)很高的重金屬靶，金屬靶的原子核會(huì)被撞擊出質(zhì)子和中子兩種粒子。把這些中子經(jīng)過慢化處理，再與試驗(yàn)樣品的原子進(jìn)行碰撞，科學(xué)家通過中子和樣品的相互作用，來研究樣品的微觀結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，產(chǎn)生穩(wěn)定、高性能的中子尤為重要，但難度卻相當(dāng)大。

 

【解說】2011年9月，周敏從北京來到大朗，從北到南，幾乎跨越了整個(gè)中國。然而她一下飛機(jī)，就面臨著一塊最難啃的硬骨頭。由于散裂中子源裝置體積龐大、具有輻射防護(hù)要求，需要在地下18米開挖長600米的地下隧道，并且要求具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。這就意味著必須要充分論證滿足嚴(yán)苛的技術(shù)規(guī)范。

 

【同期】散裂中子源園區(qū)建設(shè)辦公室主任 周敏

目前是我遇到的難度最大的一個(gè)大科學(xué)裝置，首先它的有幾點(diǎn)要求是超規(guī)范的。比如說，對(duì)地面的不均勻沉降，我們整個(gè)隧道大概600米長的一個(gè)隧道，它每年的不均勻沉降要小于0.2毫米，超規(guī)范的東西，我們可能都要提前去把這些問題提出來，我們要去尋找一些專家、咨詢一些專家，召開評(píng)審會(huì)，這個(gè)里面我們也做了100多次的試驗(yàn)，最后能夠滿足我們的實(shí)驗(yàn)需求。 

 

【解說】對(duì)于基建技術(shù)的規(guī)格，周敏和整個(gè)團(tuán)隊(duì)一次次實(shí)現(xiàn)了突破，這讓她感到興奮。然而，周敏又遭遇了另一個(gè)始料未及的困境。雖然在選址之初，科學(xué)家們考慮到了大朗鎮(zhèn)具有穩(wěn)定、可承重的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，且東、西、南三面為丘陵，符合建設(shè)散裂中子源的要求，但是在實(shí)際工程動(dòng)工之后，隧道出現(xiàn)了滲漏水的狀況，這對(duì)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置是致命傷。

 

【同期】散裂中子源園區(qū)建設(shè)辦辦公室主任 周敏

我們整個(gè)隧道建在地下16米到19米這個(gè)深度，南方來說，地下水比較豐富，雨水比較多。我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)又不允許漏水，所以對(duì)防水是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這里面我們經(jīng)過很多的，本身對(duì)混凝土配比的研究，對(duì)室外的防水的措施做了很大的工作，最后能夠滿足我們的實(shí)驗(yàn)需求。

 

【解說】散裂中子源裝置不僅可以不受地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的影響，在輻射防護(hù)設(shè)計(jì)中，散裂中子源隧道屏蔽設(shè)計(jì)為厚度0 .5米至3米的混凝土不等，隧道入口采用迷宮結(jié)構(gòu)輻射防護(hù)門，把放射性元素的環(huán)境劑量控制在國家標(biāo)準(zhǔn)的十分之一以內(nèi)，遠(yuǎn)小于一次X光透視的劑量。

 

【解說】2018年3月25日，一條中國散裂中子源通過中科院組織的工藝鑒定和驗(yàn)收的新聞引起了世界的關(guān)注。經(jīng)過十年余籌備規(guī)劃，300多名科研人員參與，耗時(shí)六年多，占地面積約402畝的中國的“火眼金睛”終于在幽香的荔枝園里“煉”成了。

 

【解說】從零到有，從有到精，凝聚了中國科研人員的辛苦付出和不懈奮斗。

 

【解說】2018年4月里的一天，散裂中子源粉末衍射譜儀負(fù)責(zé)人何倫華接到一個(gè)任務(wù)，利用新建好的中子源裝置研究鋰電池內(nèi)部材料的微觀狀態(tài)。這一天，她心情非常好，利用國際最先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)研究，對(duì)于任何一位科學(xué)家來說都是值得興奮的事。

 

【同期】散裂中子源粉末衍射譜儀負(fù)責(zé)人何倫華

電池我們拿到手上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，用著用著它的電量就會(huì)越來越小了。那么我們可以去研究在這種情況下，是什么導(dǎo)致了它失效。它（鋰）對(duì)于我們通常用的X光是完全是透明的，我們看不到。但對(duì)中子來說，它的穿透性很強(qiáng)，所以利用中子衍射來說，來研究鋰電池是非常有優(yōu)勢(shì)的。

 

【解說】目前，散裂中子源技術(shù)在材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)藥等研究領(lǐng)域發(fā)揮著X射線無法替代的作用，并與同步輻射光源互為補(bǔ)充，成為基礎(chǔ)科學(xué)研究和新材料研發(fā)的最重要平臺(tái)之一。中子比光學(xué)顯微鏡觀察物質(zhì)更微觀，在檢測(cè)飛機(jī)高鐵安全性、確定航天器部件使用壽命、開發(fā)利用清潔能源的過程中都能夠大顯身手，而且全程無損。

 

【同期】中科院高能物理研究所東莞分部副主任 王芳衛(wèi)

車輪運(yùn)行的過程中的話，中子散射就會(huì)看到，由于運(yùn)行帶來的疲勞，使原子和原子之間距離的變化。你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果原子與原子之間的距離被拉到一定程度的話，最后會(huì)在這個(gè)地方產(chǎn)生位移和開裂。用中子散射可以使用它提升它運(yùn)行的可靠性和安全性。

 

【解說】從微觀粒子映射到惠及民眾的發(fā)明創(chuàng)造，中國散裂中子源的意義將在未來逐步展現(xiàn)。如散裂中子源一樣的大科學(xué)裝置，正成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)諸多領(lǐng)域取得突破的必要條件，同時(shí)也成為眾多高新技術(shù)的源泉和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的搖籃。