訪散裂中子源工程專家：多能型科研平臺時代來了

　　 10月20日上午，中國散裂中子源工程前端系統負責人歐陽華甫在隧道里忙碌著。從10月15日負氫離子源設備下隧道安裝后，他每天都要在隧道里至少待上8個小時。

　　“目前，負氫離子源設備和低能傳輸線設備已經全部進隧道了。這個星期，我們要做的是‘準直’工作。”歐陽華甫告訴記者，所謂“準直”是為了保證工程線上的設備精確無誤地放在指定位置。“要保證精確到至少0.1毫米后，才能進行安裝。”

　　在探測材料結構、測試材料性能方面，散裂中子源設備都能發揮大用處。“這是一個應用平臺，物理學、材料學等幾乎所有科研領域，都能用散裂中子源做實驗。”中科院高能物理所副所長陳元柏說。

　　“打頭陣”的忙碌者

　　從2012年12月起，中科院高能物理所就開始與東莞理工學院合作，對負氫離子源設備進行安裝調試。至今，歐陽華甫已為此事忙活了近兩年。

　　“從今年年底到明年上半年，都會很忙。”歐陽華甫說。

　　同樣忙碌的，還有陳元柏。10月16日，陳元柏從東莞回到北京，而他上次回來還是兩個月前。陳元柏自嘲為“老單身”。他告訴記者，因為要完成散裂中子源項目，他們這些家在北京的研究人員經常在東莞一待就是兩三個月。

　　歐陽華甫告訴記者，準直工作完成后，將開始安裝真空系統和前端水冷系統。同時，一些非線上的設備安裝工作如電源系統、控制系統、束流測量系統等，會與線上的準直等工作同步進行。

　　“我們是‘打頭陣’的，會遇到一些安裝問題。不過，積累了經驗后，后面的設備安裝就會更順了。”歐陽華甫笑言。

　　項目總指揮、中科院院士陳和生告訴《中國科學報》記者，負氫離子源是整個項目設備安裝的起點，其作用就是為加速器提供粒子。

　　中國散裂中子源是我國目前最大的大科學裝置，也是發展中國家擁有的第一臺散裂中子源，與美國、日本和英國散裂中子源并稱為世界四大脈沖式散裂中子源。

　　“這是我國第一次建設強流粒子加速器，這個工程的建設對我國強流粒子技術來說將是一個跨越式的發展。”陳和生說。

　　經歷“洗禮”“蛻變”“碰撞”

　　“下個月初就會完成安裝工作，并對設備進行調試。”陳和生在接受《中國科學報》記者采訪時表示，設備安裝、調試可能還會有困難，需要科研人員作好思想準備去克服。

　　在科學家眼中，該設備就像一臺超級顯微鏡。對于結構未知的材料，設備產生的中子流能探測出材料結構；對于已知結構的材料，中子流能探測出結構中可能存在的異常，測試出材料的疲勞度、應力等。在航天領域，它可用來測試大飛機的材料性能；在生物領域，可用來探測胚胎等組織的結構。

　　不過，在這個看似簡單的過程中，粒子要經歷洗禮、蛻變、碰撞一系列過程。

　　兩次“洗禮”讓粒子從低能變成高能。“負氫離子出來時，能量比較低，大約在50K電子伏（1K=103）；接著，粒子會進入直線加速器，當它們從直線中出來時，能量在80M電子伏（1M=106）；然后，粒子會進入環形加速器，并被加速到1.6G電子伏（1G=109）。”陳元柏告訴記者。

　　在直線與環形之間，負氫離子會經歷一次“蛻變”。

　　“負氫離子是多了一個電子的氫原子。在進入環形加速器前，它們會通過一個特殊的膜，把電子剝離掉，變為質子。”陳元柏說。

　　接下來，高能質子會遇到被稱為“靶”的重金屬鎢。通過兩者碰撞，重金屬鎢會迸發出大量高能量中子。不過，這些高能量的中子還要經過一個裝滿了液氫的“慢化器”，被減速成為慢中子。

　　之后，穿透能力很強的中子束流會與樣品材料發生碰撞，碰撞后散射的中子會被周圍儀器檢測到。“因為材料本身的結構形狀不一樣，碰撞后散射出來的圖像就不一樣。根據圖像，就能反推材料本身的結構情況。”陳元柏說。

　　仍有20臺譜儀待建

　　在陳和生看來，負氫離子源的安裝只是意味著散裂中子源工程邁出了“萬里長征的第一步”。

　　“后面的任務還很艱巨，需要精心設計、精心施工，還要有遇到困難和解決困難的思想準備。”陳和生說。

　　陳元柏告訴記者，目前一期項目只建設3臺譜儀；二期建設中，項目組的工作目標之一就是把20臺譜儀都建起來。而所謂的“譜儀”，包括把中子引向樣品的導管，能盛放樣品、制造極端測試環境的樣品臺以及探測器、計算機等數據獲取平臺。

　　“在建完20臺譜儀后，下一步就是要把加速器的功率提升上去。從現在的100千瓦提升到500千瓦。”陳元柏說，加速器的功率會影響產生中子的數量，而中子的數量越多，實驗時所用的時間可能會越短。

　　陳元柏介紹說，在100千瓦的功率下，設備可以產生106的中子束流，但如果能提升到500千瓦，中子束流將提升兩個量級，達到108。

　　此外，由于東莞市為項目提供了1000畝用地，而一期工程使用了400畝，因此項目還在考慮用剩余的600畝地再建一臺加速器設備，建成一個中微子實驗工廠。

　　2018年建成后，它將為我國物理學、納米科學、生命科學、化學、材料科學、醫藥學等眾多前沿學科提供一個功能強大的研究平臺。