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【广州日报】中国散裂中子源首次打靶成功获得中子束流
2017-09-07|文章来源:陈臣 |【
 

  

工作人员在操纵机械臂,维护处理热室内的设备

 

 

热室内的机械臂 新华社发

  喜迎十九大

  广州日报讯(全媒体记者陈臣)记者昨日获悉,8月28日上午10时56分,位于东莞市大朗镇的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,获得中子束流。这是该工程建设的重大里程碑,提前实现了今年秋天首次获得中子束流的目标,向党的十九大献礼。这也标志着CSNS主体工程顺利完工,进入试运行阶段。预计2018年春CSNS将按计划全部完工,正式对国内外用户开放。

  据介绍,建成后的CSNS将成为世界第四台脉冲式散裂中子源,在材料科学和技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景,将为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑,并为解决国家可持续性发展和国家安全战略需求的许多瓶颈问题提供先进平台。

  接下来,广东省和东莞市还将进一步加大对散裂中子源建设与发展的支持,计划建设用户谱仪和用户实验室,完善样品环境,最大程度发挥这台大科学装置的作用。目前,珠三角地区的大学和研究机构已经在筹备建设若干条用户谱仪。未来,散裂中子源还将向国家申请二期工程建设,包括新建谱仪和功率升级到500千瓦。

  对科研机构、企业高度开放

  记者了解到,CSNS建成后,将促进珠三角基础研究能力的提升,增强其科技创新能力,同时将带动珠三角地区的科学、技术、产业、教育等协同功能的发挥,推动珠三角大科学中心、国家实验室、粤港澳大湾区科技核心的形成。

  同时,CSNS还将促进珠三角产业转型升级,拉动经济发展,形成以大科学工程为核心的区域创新、经济增长极。比如,项目建成后,规划的20台中子谱仪将分别用于机械制造、材料科学、电子信息、生物医药等领域,珠三角地区的高端装备制造业、生物医药、新能源等战略型新兴产业将可以利用中子散射技术来突破和掌握其相关领域核心技术的需求,为实现自主创新能力的提升提供关键支撑,促进制造业升级和改造,深度契合工业4.0战略升级。

  据陈和生院士介绍,散裂中子源本身是一个大型平台,大学研究机构、企业都可以来应用,是高度开放的。“目前,国内的大科学装置,企业来应用来做实验的数量比较少,与发达国家还存在一定差距。但我们也在积极推动。”

  陈和生透露,目前散裂中子源与深圳的一家做新型电池、新型能源材料的公司已有合作,双方将共同推动锂电池的发展。同时,也有直接从事高技术转化的案例,如硼中子俘获治疗(癌症)。“但总体上来讲,我们认为,我们还是一个平台,我们是高度开放的,并不是我们为主来做转化,而是请大家都来。希望技术的企业能够到这里来,利用我们的平台解决他们的技术难题或发展瓶颈问题。”

  散裂中子源被誉为“超级显微镜”

  1932年,查德威克发现了中子。中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。

  当中子入射到样品上时,与它的原子核或磁矩发生相互作用,产生散射。通过测量散射的中子能量和动量的变化,可以研究在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律,告诉人们原子和分子的位置及其运动状态。这种研究手段就叫中子散射技术。做一个较为形象的比喻,假设面前有一张看不见的网,我们不断地扔出很多玻璃弹珠,弹珠有的穿网而过,有的则打在网上,弹向不同的角度。如果把这些弹珠的运动轨迹记录下来,就能大致推测出网的形状;如果弹珠发得够多、够密、够强,就能把这张网精确地描绘出来,甚至推断其材质。

  由于中子不带电、具有磁矩、穿透性强,能分辨轻元素、同位素和近邻元素,具有非破坏性,这些特性使得中子散射成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一,是多学科研究中探测物质微观结构和原子运动的强有力手段。

  散裂中子源也常被比喻为 “超级显微镜”,它产生强脉冲中子,通过测量中子束流在样品的散射反应过程,探测样品原子核的位置和运动状况,为材料科学技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。

  应用:选择性破坏癌细胞

  硼中子俘获治疗是一个应用的案例。据中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生介绍,硼中子俘获治疗(BNCT),是位于东莞市长安镇的一家医药集团与散裂中子源合作的项目。

  它的原理是,事先注射易被癌细胞吸收而对人体无毒无害的硼化合物,当硼化合物聚集到癌细胞中时,利用中子束进行照射。中子在穿透癌细胞的过程中与癌细胞发生核反应,只对癌细胞进行选择性破坏而不伤及正常细胞。据了解,目前该疗法正在推行临床研究试验。

  此外,通过中子测量可优化机翼加工工艺。无论是高铁的轮轨,还是飞机的涡轮、机翼里面都有应力,它决定了高铁和飞机的使用寿命和安全性。但是,这个应力看不到、摸不着,对它的研究成了避免类似灾难发生的关键。现在科学家已可在散裂中子源上测量研究轮轨和机翼的剩余应力,优化机械加工工艺,使高铁和飞机变得更安全舒适。


 
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