日前，位于东莞松山湖科学城的国家大科学装置中国散裂中子源传来好消息：4月2日，中国散裂中子源大气中子辐照谱仪成功出束，未来将为新型半导体器件等领域的科研工作提供大气中子加速辐照试验环境，填补我国在该领域的空白。

位于东莞的中国散裂中子源。

中国散裂中子源自2006年选址东莞至今已有16年，2018年8月23日通过国家验收后，已取得一大批重要科学成果。这些成果尽管都属于高深的基础研究领域，实际上又与人们生活息息相关。4月15日，由中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生领衔的“散裂中子源国家重大科技基础设施项目”获得2021年度广东省科技进步奖特等奖。

成果丰硕

关键核心技术产业化开花结果

智能手机如今是人们生活中不可或缺的电子设备，要提高手机锂电池的容量与安全性、提升芯片的可靠性、改进手机外壳加工工艺等，中国散裂中子源都能派上大用场。

“散裂中子源就像超级显微镜，是研究物质材料微观结构的理想探针。”陈和生说，当一束中子入射到研究对象上，与研究材料中的原子核或磁矩发生相互作用，被散射出来，通过测量散射出的中子能量和动量的变化，可以获取在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律，告诉人们分子的结构及其运动规律，这种研究手段就叫中子散射技术。

中国散裂中子源就是利用中子散射技术研究物质微观结构，建成以来，已完成用户实验课题约700项（其中12%来自高科技企业），在多个领域开展重大创新研究，包括航空发动机单晶叶片和轴承、深海潜水器等大型工程部件残余应力和服役性能检测等，为国家亟需的许多高性能结构材料攻关提供了关键技术平台。

在锂电池领域，中子散射技术就是科研利器。“大幅度地提高锂电池的性能是电动汽车推广的关键，通过将汽车锂电池包连同模拟充放电过程的设备放入中子散射谱仪，实时原位测量，在几百次充放电的过程中锂电池宏观性能（如容量和充电速率等）的变化与微观结构性质的关系，就能为改进和优化锂电池的设计提供关键数据。”陈和生举例说。

随着研究推进，中国散裂中子源的关键核心技术成果产业化已开花结果。2020年8月，研究团队建成我国首台具有完全自主知识产权的加速器基硼中子俘获治疗（BNCT）实验装置，为我国医用BNCT治疗装置整机国产化和产业化奠定了技术基础，有望为我国肿瘤治疗带来重要技术革新。目前，研究团队正在与南方医科大学附属东莞医院（东莞市人民医院）共同推进临床试验相关工作，并吸引相关企业在东莞松山湖成立了BNCT产业化公司。

建设历程

“一块磁铁”历时6年技术攻关

目前世界上正在运行的脉冲式散裂中子源主要有英国散裂中子源（ISIS）、美国散裂中子源（SNS）和日本散裂中子源（J-PARC），中国散裂中子源（CSNS）是继它们之后的世界第四台脉冲式散裂中子源。

“在中国散裂中子源建成前，我国已经有一批高水平科学家需要利用散裂中子源开展相关研究，但苦于当时国内没有条件，只能去国外做实验，很难争取到实验机时，而且存在特殊的实验样品不适合长距离运输等难题。”陈和生说。

中国科学院于2006年1月启动了散裂中子源的预制研究项目。2月，在广东省举办的一场研讨会上，时任中科院高能物理研究所所长的陈和生提到，中国散裂中子源正在寻找合适的建设地点。这一消息受到广东省高度重视，双方商定将这一重大科技基础设施落户在珠三角，并最终选择了东莞。

“散裂中子源装置不仅造价高，而且技术复杂，是各种高、精、尖设备组成的复杂整体。”回忆起建设过程，陈和生感触颇深。“仅装置各项设备的批量生产便由全国近百家合作单位完成，设备国产化率达到90%以上，有力地促进了我国相关领域高技术产业的发展。”

散裂中子源装置部件繁多，工艺极其复杂。“例如快循环同步加速器的25Hz交流磁铁，在我国属首次研制，其间遇到了超乎想象的技术挑战，与国外的实验室合作也未能攻克难关。我们的科研人员与工厂技师联合攻关，经过6年时间，逐一攻破技术难关，终于靠自己的力量研制出合格的磁铁。”陈和生说。

经过多年建设，2018年8月23日，中国散裂中子源正式通过国家验收，对国内外各领域的用户开放。2020年2月28日，中国散裂中子源团队克服新冠肺炎疫情的影响，在完成前期大量准备工作基础上，经过科研人员精心调试，加速器打靶束流功率成功达到100kW设计指标并稳定运行，比原定计划提前了一年半的时间。这一成果再次证明了散裂中子源装置整体设计的先进性和研制设备质量的精良。

建言广东

用好大科学装置“近水楼台”优势

“中国散裂中子源自选址到建成历时10多年，留下了无数个难忘瞬间，如果再算上2006年之前的项目论证阶段和相关关键技术预研的时间，该项目已有20多年历程了，其间经历过无数的困难和挑战最终才走向成功，这是几百名科研、工程建设和管理人员继承和发扬了高能物理研究所的优良传统，矢志不渝、协同努力、共同奋斗的成果。”陈和生说。

如今，中国散裂中子源的注册用户超过3400人，来自全国各省市以及国外的科研机构。疫情发生之前，几乎每天都有几十名来自全国各地的高校、研究所、高技术企业的用户到散裂中子源现场开展相关的实验研究。

陈和生透露，散裂中子源共设计预留20条中子通道，可建设20台左右中子谱仪，一期工程已建成并对用户开放3台，正在与粤港澳大湾区的高校、研究机构积极开展合作，共同建设8台合作谱仪，包括东莞理工学院（联合香港城市大学）、工信部电子第五研究所、中山大学、南方科技大学、东莞材料基因高等理工研究院、北京大学深圳研究生院等均在合作之列，另外广东省科技厅直接支持建设两台。前两台已经建成。

随着中国散裂中子源二期工程建设即将启动，未来的谱仪数量将增加到20台，覆盖广大用户各方面的研究领域，设备研究能力将大幅度提升。

“此次获奖激励着中国散裂中子源团队继续斗志昂扬地投入到二期工程建设中，保证再次高质量地完成科研和工程任务。”陈和生说，“十四五”期间国家在广东部署了包括中国散裂中子源二期在内的多个重大科技基础设施，将进一步提升广东基础研究与应用基础研究能力，吸引和聚集更多高水平科研团队来粤开展相关科研工作。

他建议，广东要充分利用大科学装置“近水楼台”的优势，加大支持依托设施开展相关科学研究，产出更多高水平研究成果。

【记者】卞德龙