“超级显微镜”-上天入地下海的国之重器

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1、“超级显微镜”:上天入地下海的国之重器　　　　8月28日上午10时，位于广东东莞的中国散裂中子源（CSNS）靶站谱仪控制室内，科研人员凝视着屏幕，紧张待命。只见工程总指挥兼工程经理陈和生院士一声指令，从加速器引出的质子束流首次打向金属钨靶，顺利获得中子束流。在场的工程人员激动地见证了这历史性的一刻―中国散裂中子源首次打靶成功！中国有了自己的散裂中子源。下载论文网　　被誉为“超级显微镜”的散裂中子源是了解微观世界的利器，原本仅英国、美国和日本三国拥有此设备。CSNS作为我国“十二五”期间建设的最大

2、规模大科学装置，将成为发展中国家的第一台散裂中子源，跻身世界四大脉冲散裂中子源行列，为高水平的科研成果提供有力支撑，并为解决国家可持续发展和国家安全战略需求的许多瓶颈问题提供先进平台。　　这个拥有“火眼金睛”的国之重器究竟长什么样？又将发挥怎样的作用？　　小中子，大装置国产化率超96%　　深入地下17米深处的CSNS加速器隧道，记者得以窥见这个即将封闭进入试运行的“庞然大物”―它包括1台8千万电子伏特的负氢离子直线加速器、1台16亿电子伏特的快循环质子同步加速器、2条束流运输线、1个靶站、首批建

3、设的3台谱仪等。　　那么，CSNS何以成为了解微观世界的“超级显微镜”？这要从微小而神奇的中子说起。　　众所周知，X射线能拍摄人体的医学影像。而在材料学、化学、生命科学、医药等领域，科学家们也希望有一种工具，能像X射线一样拍摄到材料的微观结构。中子散射技术就是这样一种强有力的工具，能研究诸如DNA、蛋白质、飞机材料等的内部结构。　　中国科学院院士陈和生告诉记者，中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。由于中子不带电、穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，并具有非破坏性，这使得中子散射

4、成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一。　　“当中子入射到样品上，与其原子核或磁矩发生相互作用，产生散射，就可以通过测量散射的中子能量和动量的变化，研究各种物质的微观结构和运动规律。”陈和生解释，“做一个形象的比喻，假设面前有一张看不见的网，我们不断扔出很多玻璃弹珠，有的穿网而过，有的打在网上，弹向不同角度。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”。　　虽然中子如此微小，但产生强中子束的散裂中子源却是

5、异常庞大的装置，是各种高、精、尖设备组成的整体。世界上正在运行的脉冲式散裂中子源主要有英国的ISIS、美国的SNS和日本的J-PARC，中国的CSNS是全球第四台。　　“CSNS的建设攻克了许多关键核心技术难题，设备国产化率超过96%。许多设备的研制达到国内外先进水平。”陈和生自豪地介绍。　　如此高的国产化率是如何实现的？工程副总经理傅世年分享了设备研发中不为人知的故事，“拿加速器技术来说，与国内外大多数加速器不同，CSNS快循环同步加速器上的主磁铁真空室不能采用金属材料，必须采用陶瓷。这种大尺

6、寸陶瓷真空室技术要求特殊，国外公司要价极高。经费有限，我们决心自己研制。科技人员同时与多个厂家合作，几年间反复多次研制，终于研发出满足设计要求的样机，得知消息后，国外公司立刻大幅降低了报价。”　　天上地下显身手5年内或开启肿瘤治疗新时代　　历经10年建设，CSNS即将完工，很快将开启产业化探索的第一步。　　8月11日，中科院高能物理研究所与东阳光集团签署合作协议，双方将利用散裂中子源开展硼中子俘获疗法（BNCT）项目，有望在未来5年内开启国内肿瘤治疗新时代。“BNCT是一种利用中子射线治疗肿瘤的

7、技术，能有效杀死癌细胞而不损伤周边组织，具有安全性高、定位精确、价格相对低廉等特点。”东阳光集团董事长张中能说。　　神奇中子是如何定向“引爆”癌细胞的？东阳光研究总院院长唐新发介绍，首先，给癌症患者注射一种含硼的无毒药物。由于硼与癌细胞有很强的亲和力，会迅速“潜伏”于癌细胞内。此时，利用加速器产生的中子束照射肿瘤部位，中子就会被癌细胞内的硼所俘获，并在癌细胞内释放出杀伤力极强的射线。这种射线射程很短，只有一个细胞的长度，所以它只杀死癌细胞，而周围的正常组织则不会受损。　　中科院高能所所长王贻芳院

8、士透露，高能所将充分利用散裂中子源这一研发平台，结合东阳光集团的肿瘤药研究能力，计划完成首座商业化BNCT治疗中心建设。　　事实上，散裂中子源可以大显身手的地方远不止生命科学领域。作为多学科研究的新平台，它在材料科学、化工、资源环境、新能源等诸多领域都具有广泛的应用前景，可谓能上天入地下海。　　为此，陈和生举了许多例子。“1998年6月，德国一辆城际快车意外出轨，造成惨重伤亡。最后查出事故元凶竟然是老化的车轮。而找出原因的，就是英国的散裂中子源。”陈和生告诉记者，无论是高铁的轮轨，还是飞机的涡轮