升級！中國散裂中子源二期工程啟動

3月30日，國家重大科技基礎設施中國散裂中子源二期工程啟動。

中國散裂中子源位于廣東省東莞市，由中國科學院高能物理研究所建設運行，是我國首臺異地建設的大科學裝置。2018年，中國散裂中子源一期工程建成，成為我國第一臺、世界第四臺脈沖式散裂中子源裝置，現已運行5年多。

按計劃，二期工程將以5年9個月工期，提升加速器性能并建設11臺中子譜儀和實驗終端。建成后，加速器打靶束流功率將從一期的100千瓦設計指標提高到500千瓦，中子譜儀數量將增加到20臺，并新增國內首臺繆子實驗終端和高能質子實驗終端。

“中國散裂中子源裝置研究能力將大幅提升，實驗精度和效率將顯著提高，能夠為探索科學前沿，解決國家重大需求和產業發展中的關鍵科學問題提供科技利器。”中國散裂中子源二期工程總指揮、中國科學院高能物理研究所副所長王生說。

一期現狀：已完成1500余項課題

中國散裂中子源被譽為探索物質材料微觀結構的“超級顯微鏡”。

正如醫院里的X光能拍出人體內部結構一樣，不帶電的中子可以暢通無阻地穿過樣品，也可以與樣品的原子核碰撞、散射。探明中子軌跡，就可以精準了解物質內部的微觀結構。

2018年8月23日，中國散裂中子源通過國家驗收，并將對國內外各領域的用戶開放。

中國科學院高能物理研究所東莞研究部中子科學部副主任張俊榮介紹，裝置投入運行以來，中國散裂中子源已完成用戶實驗課題1500余項，含港澳臺地區及國外課題100余項，涵蓋了能源、物理、材料、工程等多個前沿交叉和高科技研發領域，在航空航天關鍵部件應力檢測、鋰離子電池、太陽能電池結構、稀土磁性、新型高溫超導、功能薄膜、高強合金、芯片單粒子效應等重點領域取得了一批科技創新成果。

“作為粵港澳大灣區首個國家重大科技基礎設施，中國散裂中子源也為粵港澳大灣區建設綜合性國家科學中心、打造國際科技創新中心提供了重要科技內核。”王生說。

與此同時，中國散裂中子源的用戶數量迅速增加，注冊用戶已超過6000人；機時供不應求。

“正是由于中國散裂中子源豐碩的成果產出和強烈的用戶需求，二期工程得以快速立項并啟動建設。”王生說。

科研人員在加速器中控室值班。李子鋒攝

二期目標：提升能力，擴展范圍

2022年12月26日，中國散裂中子源二期工程批復立項。

“二期工程將在一期工程基礎上實現新的跨越。”王生告訴《中國科學報》，一期工程時間緊、投資有限，主要解決了我國散裂中子源“從無到有”的問題，預留了比較大的升級空間，二期工程的主要任務，一是提升能力，二是擴展范圍。

“提升能力”指的是加速器打靶束流功率將從一期工程的100千瓦設計指標提高到500千瓦。

“衡量散裂中子源的一個重要指標就是束流功率。”王生說，功率提升后，中國散裂中子源在同等時間內能產生更多中子，不僅能有效縮短實驗時間，還能使實驗分辨率更高，能夠測量更小的樣品、研究更快的動態過程。

中國散裂中子源二期工程將在一期11臺譜儀的基礎上，再建設9臺中子譜儀和2個實驗終端，建成后中子譜儀數量將增加到20臺，并新增國內首臺繆子實驗終端和高能質子實驗終端。

“不同的研究對象和目標，需要的研究手段不同，這就要求我們建設更多類型的譜儀或實驗終端來支持各類研究。一期譜儀的覆蓋面還是比較廣的，但是隨著需求逐漸增加，現有譜儀的覆蓋面和技術能力還可以繼續提升。”王生說。

王生介紹，二期工程將重點擴展磁性超導量子材料研究、生命科學研究、催化化工研究等多個應用方向。

靶站譜儀大廳。中國科學院高能物理研究所供圖

工程技術：關鍵技術問題已基本解決

中國散裂中子源在一期建設階段，就在開展二期關鍵技術的研發。

“大科學工程的技術水平高，成千上萬的設備里，很多都是非標準化設備，需要自主研發。如果有大的技術難關沒有攻克的話，就不可能按時完成工程建設。”王生說。

正因如此，在二期工程正式啟動前，關鍵技術問題已經通過預制研究基本解決。

中國科學院高能物理研究所東莞研究部加速器技術部副主任李曉介紹，中國散裂中子源二期工程已經在關鍵技術預研方面取得重要進展，國內首臺高功率高梯度磁合金加載腔已正式投入運行，P波段大功率速調管順利通過驗收。

此外，中子探測器、中子導管、中子極化器的研制也取得了突破，為中國散裂中子源二期工程的成功建設奠定了堅實的技術基礎。

高功率高梯度磁合金加載腔。中國科學院高能物理研究所供圖