不久前，大科学装置中国散裂中子源传来好消息：该项目二期工程可行性研究报告已获得国家发展改革委批复，立项工作取得关键性进展。二期项目建成后，中国散裂中子源装置综合性能将达到国际先进水平，进一步提升对粤港澳大湾区综合性国家科学中心的支撑能力。
大科学装置是帮助我国在未来科技竞争中不受制于人的“国之重器”，也是高质量发展的重要支撑。作为最早落地珠三角的国家重大科技基础设施，中国散裂中子源经过10多年的建设和运行，已取得了一批重要成果，为我国基础科学研究和产业发展提供了强劲的动能。同时，这里还培养出了一支500多人的科研和工程队伍，一批青年科学家已成长为重要项目或平台的负责人。
近日，中国散裂中子源团队被授予“南粤楷模”称号。
中国散裂中子源团队被授予“南粤楷模”称号。张冠军 摄
“随着二期工程建设即将启动，未来谱仪数量将增加到20台左右，设备研究能力将大幅度提升，为前沿科学、国家重大需求和国民经济发展提供更先进的研究平台。”散裂中子源科学中心主任陈延伟说。
打造物质微观结构的“探针”
“散裂中子源就像‘超级显微镜’，是研究物质微观结构的理想探针。”中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生形象地比喻道，它为我国材料科学、物理、化学化工、生命科学、资源环境和新能源等领域提供了技术先进、功能强大的科研平台。
中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生(后排左三)，散裂中子源科学中心主任陈延伟(后排左二)在实验室。受访者供图
在东莞市大朗镇，穿过一片郁郁葱葱的荔枝林，眼前豁然开朗。远处的山坡上，“中国散裂中子源”七个大字十分醒目。陈和生说，这一项目能够落地，历经几代科学家的努力。
“我国早在本世纪初就开始谋划建设散裂中子源，最终确定由中科院和广东省共同建设，落地东莞松山湖。”陈和生回忆，中国散裂中子源历经多年的设计与预制研究，在工程建设尤其是关键技术攻关中，许多人付出心血和汗水，仅建设施工阶段，便有数百人的团队来到广东。
最让陈和生印象深刻的是2015年至2016年间，建设遇到很多困难，面临着基建拖期带来的挑战，工程技术团队将通用设备的安装与土建工程交叉并行施工，先在地面大厅安装调试，待隧道完工后，再移到隧道重新安装。经过几百个日夜，工程团队终于赶回了工期。
“在技术攻关方面，我们破解了多个难题，使得项目设备的国产化率保持了较高水平。”陈延伟对于工程建设同样记忆犹新。他举例说，装置建设中，快循环同步加速器的25Hz交流谐振磁铁是关键设备，在我国属首次研制。“铁芯和线圈的振动开裂、涡流发热等都是新问题，带来了超乎想象的技术挑战。科研人员与工厂技师联合攻关，历时6年，多次改方案、换厂家，逐一攻破技术难关，终于靠自己的力量研制出了合格的磁铁。”
在建设过程中取得的技术突破，对其他领域也产生了积极的影响。据介绍，中国散裂中子源各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成。通过自主创新和集成创新，许多设备的研制达到国际先进水平，核心设备国产化率达90%以上，这不仅大大降低了装置成本，还有力提升了广东乃至国内相关产业的技术水平和制造能力。
中国散裂中子源。姚志豪 摄
2018年8月，中国散裂中子源正式通过国家验收，对国内外各领域的用户开放。“它不仅是首个落地珠三角的国家大科学装置，也是继英国、美国、日本之后世界第四台脉冲式散裂中子源。有了它，相关领域的中国科学家结束了排队申请使用国外设备开展科学研究的历史。”陈和生说。
高效运行产出一批重要成果
今年1月12日，由散裂中子源科学中心与中山大学共同建设的高能非弹谱仪成功出束，意味着材料关键微观结构动力学信息研究增添了又一“利器”。
大国重器服务国家重大战略需求。据陈延伟介绍，中国散裂中子源自正式对中外用户开放以来已完成8轮运行，注册用户超4300人，完成课题1000余项，实现高效运行，大科学装置的综合效应开始逐步显现。
金属疲劳、可燃冰、磁性材料……诸多领域的基础研究与关键问题攻关都离不开散裂中子源。中国散裂中子源已完成的用户实验课题，涉及大型工程部件残余应力和服役性能检测等，为许多高性能结构材料攻关提供了关键技术平台。
其中，残余应力是指在材料、部件加工、服役等过程中保留在其内部的应力，可能导致工程部件的变形乃至失效。“例如，深海潜水器的壳体是钛合金焊接的，下潜海底万米，要扛住巨大的海水压力，焊接的可靠性至关重要。”陈延伟说，中国散裂中子源对其焊接模拟件进行检测，了解不同焊接工艺的残余应力参数，为壳体寿命预测、焊接工艺选择提供了关键数据支撑，这项技术还被应用在高铁车轮等大型高速运动工程部件的研发与测试中。
中国散裂中子源靶站谱仪大厅。孙俊杰 摄
此外，中国散裂中子源在磁性材料、纳米功能材料、高效催化剂、自旋电子学、有机太阳能薄膜电池、金属玻璃、高分子聚合物、生物大分子等领域也取得了一批成果，为相关产业高质量发展提供了源头动能。
不仅“顶天”，而且“立地”，中国散裂中子源许多看似高深的科研成果，其实与人们的生活密切相关。
在癌症治疗领域，利用中国散裂中子源相关技术催生的首个产业化项目——硼中子俘获治疗BNCT装置，有望为我国肿瘤治疗带来重要技术革新。研究团队与东莞市人民医院共同推进临床试验相关工作，并吸引相关企业在松山湖成立了BNCT产业化公司。
锂电池是新能源汽车发展的关键部件，其续航里程及安全系数等性能至关重要。“将汽车锂电池包连同模拟充放电过程的设备放入中子散射谱仪，实时原位测量，在几百次充放电的过程中观察锂电池宏观性能的变化与微观结构的关系，能为改进和优化锂电池的设计提供关键数据。”陈和生介绍。
为大湾区集聚一支青年科学家团队
在陈和生看来，作为国家重大科技基础设施，中国散裂中子源集聚和培养了一支高水平的科学研究、工程技术、技术支持和管理队伍，这与大科学装置一样，也是大湾区未来发展的宝贵财富。
据统计，目前中国散裂中子源科研和工程人才队伍达500多人，其中37岁以下年轻人占比超过70%。“他们充满创新创造的活力，一批青年科学家已成长为重要项目或平台的负责人。”陈延伟说。
中国散裂中子源人才团队。受访者供图
“前段时间我们新引进一名青年人才，他放弃了很多大企业、大机构的高薪聘请，选择了这里。”陈延伟介绍，这样的案例还有很多，大科学装置吸引年轻人最重要的原因，是它提供的研究平台和营造的科研氛围。
据介绍，在青年人才培养方面，中国散裂中子源大胆创新，让青年人才挑担子，同时由老一辈科学家进行悉心指导。
现任中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部研究员童欣，曾在国外学习、工作超过15年，如今在中国散裂中子源负责非弹性谱仪建设运行等工作，带领一支国际团队扎根东莞开展科研。
另一名年轻的科研人员李晓率团队攻克磁合金腔核心关键技术，该技术将被用于中国散裂中子源二期建设。
中国散裂中子源科研人员正在开展实验。受访者供图
同时，中国散裂中子源还发挥地处粤港澳大湾区的优势，积极探索加强与港澳科技和人才合作。
“我们联合东莞理工学院和香港城市大学建设的多物理谱仪，是国内首台中子全散射谱仪，可用于不同有序度材料的结构研究。”陈延伟说，自2021年10月正式向全球的科研人员开放以来，香港中文大学、香港科技大学、香港理工大学、澳门科技大学等高校的用户在这里开展了多项实验研究。
香港大学教授黄明欣长期从事材料研究，过去他需要向国外散裂中子源申请机时，设计好实验步骤，把材料寄到国外，做好实验之后再传回数据。中国散裂中子源正式投入运行后，黄明欣十分兴奋:“在自家门口做实验，太方便了!”
利用中国散裂中子源的通用粉末衍射仪，黄明欣团队发现了强度高而且韧性好的“超级钢”微观原理，为改进这种钢的断裂、韧性和腐蚀性等问题提供了关键数据支撑。
“除中国散裂中子源外，粤港澳大湾区正在布局建设一批新的大科学装置，相信未来这些装置将成为大湾区吸引人才和创新发展的重要平台。”陈延伟对未来充满信心，他说，作为基础和应用基础研究的前沿科学平台，未来中国散裂中子源将继续向科学未知领域发起冲击，为广东高质量发展提供强有力的科技支撑。
