探秘中国散裂中子源

来源: 中国科学院高能物理研究所

发布日期: 2017-05-02 16:30:32

中国散裂中子源是我国“十二五”期间建设的规模最大的大科学装置,将成为世界上第四台脉冲式散裂中子源。散裂中子源和利用X光探测核外电子来研究物质结构的同步辐射装置互为补充,都是研究物质结构的强有力工具。中子散射技术通过测量散射的中子能量和动量的变化,研究物质的微观结构和运动规律。CSNS的建设涉及大量先进技术,设备国产化率达到96%以上。

散裂中子源产生强脉冲中子,通过测量中子束流在样品的散射反应过程,探测样品原子核的位置和运动状况,为材料科学技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。中国散裂中子源是我国“十二五”期间建设的规模最大的大科学装置,将成为世界上第四台脉冲式散裂中子源。散裂中子源和利用X光探测核外电子来研究物质结构的同步辐射装置互为补充,都是研究物质结构的强有力工具。

1932年,查德威克发现了中子,人们认识到原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。当中子入射到样品上时,与它的原子核或磁矩发生相互作用,产生散射。通过测量散射的中子能量和动量的变化,可以研究在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律,告诉人们原子和分子的位置及其运动状态。这种研究手段就叫中子散射技术。

同步辐射产生的高亮度X射线,主要与原子外围的电子云发生相互作用,从而探知物质的微观信息;而中子是电中性的,它与电子云基本不发生相互作用,主要与物质中的原子核相互作用。因此,作为探测微观结构的两种主要探针,同步辐射和中子散射看到的正好是物质的两个不同的方面。这种优势互补,已经被许多学科用来准确地研究物质中原子的位置、排列、运动和相互作用等。

中国散裂中子源(CSNS)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,从而大幅提升中国基础研究和高技术的水平。CSNS整个装置建在13米到18米的地下,其主要建设1台束流能量为80兆电子伏特的负氢离子直线加速器、1台束流能量为16亿电子伏特的快循环质子同步加速器、2条束流输运线、1个靶站、3台谱仪及相应的配套设施和土建工程。

CSNS的建设涉及大量先进技术,项目从2006年起开展了一系列关键技术的预制研究工作,攻克了众多技术难题。加速器、靶站和谱仪工艺设备的批量生产在全国近百家合作单位完成,许多设备的研制在达到国内外先进水平,设备国产化率达到96%以上。

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