位于中国广东省东莞市的中国散裂中子源为基础研究提供支持，并为高科技产业的发展提供支持
这种“超级显微镜”并不寻常（接近大型科学仪器②）
本报记者于思南
《人民日报》（2021年4月12日第19版）
尽管中子很小，但产生强中子束的散裂中子源却很大。 它是由各种高精度，高精密度的设备组成的大型科学仪器。
中国散裂中子源（CSNS）位于广东省东莞市松山湖畔。 中国散裂中子源隧道建在地下13至18米的深度，主要包括一个负氢离子线性加速器，一个快速循环同步加速器，一个目标站和3个中子能谱仪。 该工程已于2011年9月开始建设。2018年8月，该国的重型设备通过了国家认可，成为世界上第四台脉冲散裂中子源设备。
“我国90％以上的散裂中子源设备是在中国自主开发和制造的。” 中国科学院院士，中国散裂中子源项目总司令陈鹤生以一种自豪的语气。 他说，通过中国散裂中子源的建设，我国在磁铁，电源，探测器和电子学等领域的工业技术水平有了明显提高。
检测物质微观结构的重要“探针”
“散裂的中子源就像一个’超级显微镜’，它是检测物质微观结构的重要手段。” 陈鹤生说。
根据科学家的说法，物质的结构决定了物质的性质。 它也由碳制成，金刚石坚硬，并且由于其不同的结构而对石墨进行了润滑。 为了清楚地看到物质的微观结构，科学家设计了许多方法，其中之一是使用中子散射检测。
为什么中子散射能清晰地看到微观世界？ 原子由原子核和带负电的电子组成。 原子核包括带正电的质子和不带电的中子。 与其他检测方法相比，中子可以很容易地穿透物质。
中子束撞击正在研究的样品。 尽管大多数中子都不会受到任何阻碍，但某些中子会与研究对象的原子核相互作用，从而改变运动方向。 通过分析中子散射的轨迹以及中子与物质相互作用时能量和动量的变化，科学家可以推断出物质的结构。
陈鹤生举了一个比喻：我们一直把大理石扔在一个看不见的网上。 一些弹珠穿过网，有些弹珠以不同角度弹跳。 如果您记录这些弹珠的轨迹，则可以大致猜出网的形状。 如果您投掷了足够的弹珠，足够的密度和足够的强度，则可以准确地描绘出网，甚至可以推断出网的材质。
散裂的中子源可以发射“大理石”。 它的原理是首先将质子加速到一定的能量，然后将质子束用作“子弹”轰击具有高原子序数的重金属靶。 目标的原子核被大量中子击中。 科学家使用特殊的设备来“收集”中子，然后使用中子作为探针来进行各种实验。
中国科学院高能物理研究所东莞研究室副主任梁天娇介绍，除中子散射外，还有同步辐射和电子显微镜观察微观世界。 其中，中子散射使用中子，同步辐射使用X射线，电子显微镜依靠电子。
“散裂中子源具有无法用其他方法替代的作用。 它是对同步辐射源的补充。” 梁天骄解释。 例如，同步加速器辐射X射线与原子核外部的电子相互作用，对于具有大量电子的X射线也是如此。 原子是敏感的，但检测轻元素（例如氢原子）则更加困难。 中子散射与原子核之间相互作用的散射强度不受原子序数的影响。 它不仅可以区分同位素和相邻元素，还可以区分轻元素，例如氢，锂和碳。 因此，正在研究氢和锂等轻元素。 中子散射在能量材料，软物质和生物材料方面具有优势。
解决新材料，生命科学，化学和化学工程领域的问题
1998年6月，一列德国高速火车意外脱轨。 车轮，轴承或铁轨有故障吗？ 在分析事故原因时，科学家们发生了争执。 已经提出用电子显微镜观察这些零件，但是这需要激光刀将金属零件切成小于1微米的薄片，这几乎是不可能的。
在中子散射技术的帮助下，科学家们发现了事故的罪魁祸首-失事车辆车轮内的金属疲劳。 陈鹤生告诉记者，高铁轮毂和飞机涡轮叶片的应力变化是看不见的，也无法触摸，但如果超过一定值，则存在隐患。 如今，测量和研究散裂中子源上的轮叶和叶片的残余应力可以优化加工过程，并帮助高速铁路和飞机变得更安全，更舒适。
大型工程部件的残余应力和金属疲劳的研究只是中子散射的众多应用之一。 在生物医学领域，中子散射可以帮助科学家了解蛋白质的内部结构。 在可燃冰的开发利用中，可利用散裂中子源研究可燃气体甲烷水合物的形成机理和稳定条件，为安全有效的土地开采和利用提供了科学依据。
中子散射可用于文物研究。 我想了解佛像的制造过程，但无法拆除。 我应该怎么办？ 使用中子成像技术，可以在佛像中间清晰地看到木制的“主光束”。 这是因为中子散射对轻元素非常敏感。 中间的棍子是用木头制成的，木头是碳氢化合物，中子很容易就能“看见”它。 因此，可以推断出，古代工匠制作佛像时，首先是在中间竖起木梁，然后将支撑架包裹在木梁上，最后用粘土制成。
“中子散射仍然是研究锂电池的有力工具。” 梁天娇告诉记者，将模拟充放电过程的工业电池和设备放入中子散射光谱仪中，在数百次充放电过程中进行实时原位测量。 电池各部分材料结构和性能的变化可以为改善和优化锂电池的设计提供关键数据。
陈鹤生在回顾中国散裂中子源的建设过程时说：“散裂中子源建造起来很复杂，很难进行实验，但是在国民经济许多关键领域的研究离不开它。二十多年前，我们向该国提出了建议。为了建立我们自己的散裂中子源，无论它多么困难，我们都必须这样做。”
突破关键核心技术通常与探索前沿科学问题密不可分。 陈和生认为，在新材料，生命科学，化学和化学工程领域，中国的散裂中子源有望帮助我国解决“瓶颈”问题。
成为粤港澳大湾区创新战略源
科学家告诉记者，自中国散裂中子源投入运行以来，它为多学科的前沿研究和高科技创新提供了先进的平台。 它已取得了许多重要成果，并已成为粤港澳大湾区技术创新的主要技术基础设施。
去年五月，香港大学的黄明新教授团队在《科学》杂志上发表了有关高强度钢的研究。 利用中国的散裂中子源，研究小组获得了有关这种高强度钢独特性能的重要显微组织信息。
中国散裂中子源建成后不久，陈鹤生就预言松山湖将成为技术创新的沃土。 目前，中国的散裂中子源就像一块磁铁，吸引着科研人员。
“它是内置的，我们必须很好地使用它。” 中国科学院高能物理研究所副所长，东莞研究室主任陈彦伟介绍说，自从中国散裂中子源正式投入运行以来，它积极推动了设备的开放共享，逐渐成为粤港澳大湾区创新之源。
记者了解到，截至目前，中国散裂中子源已完成四轮运行，拥有2000多个注册用户，支持400多个研究课题，其中约四分之一来自粤港澳大湾区。 ，其中中国香港，中国澳门用户约占总用户的10％。
“今年上半年申请时间翻了一番，科学界和工业界对中国散裂中子源的需求非常强劲。” 陈彦伟告诉记者。
中国散裂中子源是基础研究的工具，也是对高新技术产业发展的支持。 在谈到选择东莞选址的初衷时，陈彦伟告诉记者，珠江三角洲地区具有良好的工业基础，但过去缺乏重要的科学装置。 在各方的努力下，该站点终于在这里被选中。
陈彦伟接着说，大多数公司无法建立自己的大型科学设备。 借助中国散裂中子源的平台，公司可以进行一些前沿研究，为产业升级和高端发展奠定基础。
中国散裂中子源仍在增长。 陈彦伟说，中国散裂中子源已经设计了20个光谱仪通道，目前第一阶段只建造了3个光谱仪。 同时，散裂中子源的建设涉及许多高科技。 中国的散裂中子源应加强与国内外科学家的交流，促进相关的应用和研究，努力为国家科学技术的发展做出更大的贡献。