解放日报供本报专稿 它是“十一五”期间投资最大的大科学装置,总投资12亿元。它是中国迫切需要建设的大科学平台,是目前世界上研究物质微观结构最重要的科学设施之一。它的建成,将对中国科学家创新性研究的影响“不可估量”。
中科院有关负责人士告诉记者:这台名为“散裂中子源”的大科学装置,如今前期研究已入尾声,实施建设有望年内启动。
究竟什么是散裂中子源?中国科学院基础科学局局长、中国科学院院士张杰用笔记本电脑打开了一个散裂中子源构造设计的动画演示,基本构造一目了然——质子通过大型加速器获得高能量后,轰击重金属靶,将重金属的原子核打碎发生散裂,从而将中子从原子核内赶出来,每个高能量的质子可以赶出20到30个中子,瞬间就会形成非常强的中子束流,中子慢化后与样品发生散射,由中子散射谱仪接收。科研人员则利用中子谱仪研究样品最本质的结构细节和动力学性质。
“中子的特性决定了它是研究物质微观结构的理想探针。比如,中子波长与物质中原子间距相近,是度量物质微观结构最适合的标尺;比如,中子穿透性极强,使得它在多种极端条件下探测样品都成为可能;比如,中子的固有磁矩是揭示材料微观磁结构和磁涨落的强有力手段……”
要利用这“神奇”的中子研究物质微观结构,就需要高通量的中子源。张杰说,除了基于质子加速器的散裂中子源,目前还有基于反应堆的中子源。相较而言,散裂中子源具有一些独特而优异的性能,如更高的有效中子通量、丰富的高能短波长中子、高信噪比、低放热量、无需使用核原料、不产生强放射性核废料等。
这个大科学装置预计在2012年建成。建成后,“在发现新型高温超导材料、形成氢离子运动的凝聚态物理新理论、DNA分子识别的纳米自组装、蛋白质相互作用等一系列领域,我国都有望获得重大突破;在散裂中子源这个平台上,每年将有上千研究人员利用不同的谱仪互相交流协调、启发借鉴,不同学科也有机会实现渗透、交叉,开辟新领域,创建新学科;在工农业生产领域中,许多问题如研究石油输油管线裂纹的成因、测量飞机涡轮的叶片与轮盘的焊接应力、研究大豆根系的生长等,也能在散裂中子源的帮助下解决。”
“在它的帮助下,我国在物理学、化学以及21世纪最有生命力、最活跃的学科,如生命科学、材料科学、纳米科学、医药、新能源开发和一些工程技术应用领域都可能取得‘不可估量’的进步,很多过去无法涉足的研究和应用领域也能得以开展。”张杰说。