研究手機鋰電池的利器中國散裂中子源將啟動二期工程建設

文／葉 青

散裂中子源進行的實驗看似高深，但其中一些與我們的生活息息相關。比如，中子散射是研究手機鋰電池的利器。

“近期，中國散裂中子源大氣中子輻照譜儀成功出束，未來將為新型半導體器件等領域的科研工作提供大氣中子輻照試驗環境，填補我國在該領域的空白。”近日，由中國科學院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生領銜的“散裂中子源國家重大科技基礎設施項目”獲得2021年度廣東省科技進步獎特等獎。接受記者采訪時，陳和生透露，預計今年內中國散裂中子源將啟動二期工程建設，未來的譜儀數量將增加到20臺，覆蓋更加廣泛的研究領域，加速器打靶和靶站功率將從100千瓦提升到500千瓦，設備研究能力將大幅度提升。

國家大科學裝置中國散裂中子源位于廣東省東莞松山湖科學城。2006年選址東莞，2011年奠基，2018年8月正式投用，結束了珠三角地區無國家大科學裝置的歷史。“這是一個富有遠見的決定。當時還沒有提出粵港澳大灣區的概念，但中國科學院領導希望優化中國大科學裝置的布局，讓科學院在基礎研究和應用基礎研究方面的雄厚實力與珠三角地區強勁的經濟實力，以及對科學技術和產業升級的迫切需求結合起來。”陳和生回憶道。

散裂中子源就像“超級顯微鏡”

“散裂中子源就像‘超級顯微鏡’，是研究物質材料微觀結構的理想探針。”陳和生形象地比喻道。

有人可能會疑惑，這個大科學裝置具體有什么用呢？

陳和生說：“散裂中子源進行的實驗看似高深，但其中一些與我們的生活息息相關。比如，中子散射是研究手機鋰電池的利器。”

而在腫瘤治療領域，散裂中子源有望帶來重要技術革新。2020年8月，中國散裂中子源團隊成功研制出我國首臺具有完全自主知識產權的加速器基硼中子俘獲治療（BNCT）實驗裝置，為我國醫用BNCT治療裝置整機國產化和產業化奠定了技術基礎。

記者了解到，目前團隊正在與南方醫科大學附屬東莞醫院（東莞市人民醫院）共同推進臨床試驗相關工作，并吸引中國科學院控股有限公司等企業在東莞松山湖成立了BNCT產業化的公司。

中國散裂中子源是繼英國、美國、日本散裂中子源之后的世界第四臺脈沖式散裂中子源。它的建成，改變了以往我國科學家只能到國外散裂中子源上申請實驗機時的歷史。

各種高、精、尖設備組成的復雜整體

中國散裂中子源的建設并非易事。“散裂中子源裝置不僅造價高，而且技術復雜，是各種高、精、尖設備組成的復雜整體。”陳和生特別提到，“如快循環同步加速器的25赫茲交流磁鐵，在我國屬首次研制。其間遇到了超乎想象的技術挑戰，與國外的實驗室合作也未能攻克難關。我們的科研人員與工廠技師聯合攻關，經過6年時間，逐一攻破技術難關，終于靠自己的力量研制出合格的磁鐵。”

針對交流磁鐵磁場飽和，團隊創新性地提出了諧振電源的高次諧波矢量控制方法，解決了多臺磁鐵之間的磁場同步問題，其效果優于國外散裂中子源。

截至目前，中國散裂中子源已經在基礎科學研究和國家重大需求領域取得了一大批重要成果。注冊用戶來自國內外，已超過3400人。疫情之前，幾乎每天都有幾十名來自全國各地的高校、研究所、高技術企業的用戶來現場開展相關的實驗研究。香港大學黃明欣教授團隊利用中國散裂中子源的粉末衍射儀揭示了強度高而且韌性好的“超級鋼”微觀機制。

“中國散裂中子源共設計預留了20條中子通道，可建設20臺左右的中子譜儀，一期工程已建成并對用戶開放3臺。正與粵港澳大灣區的高校、研究機構積極開展合作，共同建設8臺合作譜儀，其中2臺合作譜儀已經建成，另外6臺將在未來2年內陸續建成。這8臺中子譜儀都有自己的特長，給不同領域的用戶提供相應的研究手段。”陳和生說。

（文章來源：《科技日報》）