中国散裂中子源 探索微观世界的“超级显微镜”

　　在广东东莞市松山湖科学城，紧邻高速公路，有一片依山而建，造型独特的建筑群，山坡上矗立着 “中国散裂中子源”几个大字。《国之重器 硬核所在》，一起走近这个被称为超级显微镜的国之重器。

　　物质由分子和原子组成，原子核又包含了中子和质子。中子不带电、穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，是科学家探索微观世界的理想探针。

　　当中子与被研究对象的原子核相互作用而改变运动方向时，科学家通过分析散射中子的轨迹、能量和动量的变化，就能反推出物质的结构。这就好像我们不断往一张看不见的网上扔弹珠，有的弹珠穿网而过，有的则打在网上，弹向不同的角度。如果记录下这些弹珠的运动轨迹，就能大致推测出网的形状；如果弹珠扔得够多、够密、够强，就能把这张网精确地描绘出来，甚至推断其材质。

　　散裂中子源就是这样一座生产、发射弹珠的 “超级工厂”。它的原理是，先把质子加速到一定的能量，再把质子束当成“炮弹”，去轰击重金属靶从而产生大量中子。科学家通过特殊装置“操控”中子，用中子做探针观察微观世界，成为研究物质静态微观结构和动力学机制的“超级显微镜”，这对解决国家重大战略需求和前沿科学诸多领域的瓶颈问题有着重要意义。

　　速调管研制成功

　　散裂中子源开启加速跑

　　2023年，中国散裂中子源运行超过5000小时，在新能源、合金、高分子、信息材料等领域创造出一批源头创新成果。为了满足更多更高的用户需求，中国散裂中子源二期工程建设也即将启动，关键设备的研制目前正在紧张进行中。

　　在散裂中子源科学中心的实验室里，近日成功研制的关键核心设备——首台全国产化P波段大功率速调管，经过连续24小时无故障运行，全部性能指标均达到或超过设计要求，顺利通过验收。至此，中国散裂中子源二期工程关键加速器核心设备都拥有完全自主知识产权，整体国产化率已接近100%。

　　研发团队成员刘华昌表示，速调管功率源由多个关键部件和系统组成，用于将电功率转化为高频微波功率，为粒子束流提供加速动力。它是中国散裂中子源二期工程中，加速器打靶束流功率从100千瓦提升到500千瓦的关键设备之一。

　　中国散裂中子源科学中心加速器技术部副主任 刘华昌：我们的一期4台这样的设备，能够将离子的能量从3兆电子伏特加速到80兆电子伏特，对应的离子速度，大概是不到0.4倍的光速。而我们二期会增加大概有20台这样的设备，将离子的速度进一步从0.4提高到0.65倍的光速。

　　这就好比汽车的发动机，将化学燃料转化为机械动能，驱动汽车前进。由于二期工程是在一期的基础之上升级而来，功率五倍的提升完全靠束流的流强提升，需要采用超导腔将直线加速器的能量大幅提升，这对速调管的性能和指标提出了更高的要求。当时，这种设备国内尚无研发和制造能力，一期工程只能选择进口，没想到却给如期完工，包括后续稳定运行带来了一系列的影响。

　　中国科学院高能物理研究所副所长 中国散裂中子源二期工程总指挥 王生：一期用的4台是从美国进口的，最开始调束之前就成为我们的一个瓶颈，这4台速调管返回美国重新维修了五次，都发现大的质量问题。从那之后，也结合高能所的研究方向，我们就开始国产化自主技术的研究。