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【中国新视野】揭秘中国首台“火眼金睛”如何炼成

2018年08月16日 12:56   来源:中国新闻网   参与互动参与互动
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  【解说】从浩瀚的宇宙到微观的粒子,人类从未停止过对物质世界的探索。散裂中子源犹如一个“超级显微镜”,用中子当“探针”,研究物质的微观结构,所以散裂中子源素有“火眼金睛”之称。2018年,“国之重器”中国散裂中子源在广东建成,开启了中国在探索物质微观世界的辽阔征程。

  字幕 广东省 东莞市

  【解说】早晨7点钟,散裂中子源园区建设办办公室主任周敏像往常一样,走进办公室,开始一天的工作。面对美丽的园区,周敏不由会想到十年前这个地方还是一片僻静的荔枝林。从一张图纸,到拔地而起一座现代化园区,这里凝结了一代中国科研人的理想。

  【同期】散裂中子源园区建设办公室主任周敏

  2007年年初,我们的分管所长找了我,要求我们来做这个散裂中子源,当然他也给我们简单地普及了下,就说散列中子源在我们国家是第一台,世界上是第四个,我当时觉得,哎呀,这是一个了不起的工程。

  【解说】在中国散裂中子源建成之前,世界上只有英国、美国与日本三国拥有此技术。

  【解说】中子源,顾名思义,产生中子的源,如同光源、水源。科研人员把中子入射到所研究的物质上,中子会与研究对象的原子核发生作用,通过这些散射开来的中子的相关数据,可以了解物体内部的微观结构。

  【同期】中科院高能物理研究所东莞分部副主任 王芳卫

  主要要解决的问题还是要来看物质的微观结构,它就像我们平时大家接触到的显微镜。

  【同期】散裂中子源粉末衍射谱仪负责人何伦华

  把中子比喻成一个小钢珠,它发射出来以后去打到一栋十层楼高的高楼里面,那么我们通过中子就能探测这个楼里面,哪些地方是空的,哪些地方有承重墙,哪些地方钢筋很密。通过去分析它反馈出来的轨迹,我们就可以得到这座高楼具体的这些信息。

  【解说】中子源用于产生中子,中子是组成原子核的粒子之一,但中子并不好产生。首先将质子加速到相当于0.9倍光速速度,如同“子弹”般去轰击原子系数很高的重金属靶,金属靶的原子核会被撞击出质子和中子两种粒子。把这些中子经过慢化处理,再与试验样品的原子进行碰撞,科学家通过中子和样品的相互作用,来研究样品的微观结构。在这个过程中,产生稳定、高性能的中子尤为重要,但难度却相当大。

  【解说】2011年9月,周敏从北京来到大朗,从北到南,几乎跨越了整个中国。然而她一下飞机,就面临着一块最难啃的硬骨头。由于散裂中子源装置体积庞大、具有辐射防护要求,需要在地下18米开挖长600米的地下隧道,并且要求具有极高的稳定性和可靠性。这就意味着必须要充分论证满足严苛的技术规范。

  【同期】散裂中子源园区建设办公室主任 周敏

  目前是我遇到的难度最大的一个大科学装置,首先它的有几点要求是超规范的。比如说,对地面的不均匀沉降,我们整个隧道大概600米长的一个隧道,它每年的不均匀沉降要小于0.2毫米,超规范的东西,我们可能都要提前去把这些问题提出来,我们要去寻找一些专家、咨询一些专家,召开评审会,这个里面我们也做了100多次的试验,最后能够满足我们的实验需求。

  【解说】对于基建技术的规格,周敏和整个团队一次次实现了突破,这让她感到兴奋。然而,周敏又遭遇了另一个始料未及的困境。虽然在选址之初,科学家们考虑到了大朗镇具有稳定、可承重的地质结构,且东、西、南三面为丘陵,符合建设散裂中子源的要求,但是在实际工程动工之后,隧道出现了渗漏水的状况,这对于科学实验装置是致命伤。

  【同期】散裂中子源园区建设办办公室主任 周敏

  我们整个隧道建在地下16米到19米这个深度,南方来说,地下水比较丰富,雨水比较多。我们这个实验又不允许漏水,所以对防水是一个巨大的挑战。这里面我们经过很多的,本身对混凝土配比的研究,对室外的防水的措施做了很大的工作,最后能够满足我们的实验需求。

  【解说】散裂中子源装置不仅可以不受地震、台风等自然灾害的影响,在辐射防护设计中,散裂中子源隧道屏蔽设计为厚度0 .5米至3米的混凝土不等,隧道入口采用迷宫结构辐射防护门,把放射性元素的环境剂量控制在国家标准的十分之一以内,远小于一次X光透视的剂量。

  【解说】2018年3月25日,一条中国散裂中子源通过中科院组织的工艺鉴定和验收的新闻引起了世界的关注。经过十年余筹备规划,300多名科研人员参与,耗时六年多,占地面积约402亩的中国的“火眼金睛”终于在幽香的荔枝园里“炼”成了。

  【解说】从零到有,从有到精,凝聚了中国科研人员的辛苦付出和不懈奋斗。

  【解说】2018年4月里的一天,散裂中子源粉末衍射谱仪负责人何伦华接到一个任务,利用新建好的中子源装置研究锂电池内部材料的微观状态。这一天,她心情非常好,利用国际最先进设备进行科学研究,对于任何一位科学家来说都是值得兴奋的事。

  【同期】散裂中子源粉末衍射谱仪负责人何伦华

  电池我们拿到手上,我们会发现,用着用着它的电量就会越来越小了。那么我们可以去研究在这种情况下,是什么导致了它失效。它(锂)对于我们通常用的X光是完全是透明的,我们看不到。但对中子来说,它的穿透性很强,所以利用中子衍射来说,来研究锂电池是非常有优势的。

  【解说】目前,散裂中子源技术在材料科学、物理学、化学、生命科学、医药等研究领域发挥着X射线无法替代的作用,并与同步辐射光源互为补充,成为基础科学研究和新材料研发的最重要平台之一。中子比光学显微镜观察物质更微观,在检测飞机高铁安全性、确定航天器部件使用寿命、开发利用清洁能源的过程中都能够大显身手,而且全程无损。

  【同期】中科院高能物理研究所东莞分部副主任 王芳卫

  车轮运行的过程中的话,中子散射就会看到,由于运行带来的疲劳,使原子和原子之间距离的变化。你就会发现,如果原子与原子之间的距离被拉到一定程度的话,最后会在这个地方产生位移和开裂。用中子散射可以使用它提升它运行的可靠性和安全性。

  【解说】从微观粒子映射到惠及民众的发明创造,中国散裂中子源的意义将在未来逐步展现。如散裂中子源一样的大科学装置,正成为现代科学技术诸多领域取得突破的必要条件,同时也成为众多高新技术的源泉和高新技术产业的摇篮。

【责任编辑:韩辉】
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