在靶站里面,高速高能的质子轰击金属钨,就会释放出中子。这些中子通过一条条谱仪引出来,到达放置样品的实验站。
“用中子打到样品之后,通过对中子和样品作用散射出来的一些中子进行分析,就能知道物质结构是怎样的。”张俊荣说。
试想,面前有一张看不见的网,人们不断扔出玻璃弹珠。有的弹珠穿网而过,有的弹珠打在网上再弹向不同角度。如果弹珠发得足够多且强,就能通过弹珠的轨迹反向推测出网的形状。
目前,中国散裂中子源运行已十分顺利。这背后,是10多年的筹备和6年半的建设——2018年中国散裂中子源正式投入运行,使我国成为世界上第4个拥有脉冲式散裂中子源的国家。
发 光
——创造出一批源头创新成果
谱仪大厅,是中国散裂中子源科研人员以及来自高校、研究院、企业等用户工作的地方。走在大厅内,记者看到这里正进行着多物理谱仪、通用粉末衍射谱仪等多台谱仪实验。
在这里做实验,用户通常要先制备样品、安装样品。实验开始之后,中国散裂中子源的科研人员和用户在谱仪的控制室一起讨论数据结果、实验结果等。
控制室的布置较为简单,墙上的液晶显示屏上,各种数据一目了然。
张俊荣说,中国散裂中子源一年运行200多天,运行期间24小时开机,用户比较辛苦,需要随时在控制室更换样品、进行数据讨论等,把每分钟都充分利用起来。
中国散裂中子源机时很珍贵,用途也很广泛。
“比如,高铁车轮很大很重,很少有手段能穿透车轮看到其内部结构,但中子能提供独一无二的手段。”张俊荣说,中子可以直接穿透大型部件,无损地看到其内部缺陷或者结构变化,再通过结构演化研究,技术人员就可以提高装备的可靠性、稳定性。
“在自家门口做实验,太方便了!”中国散裂中子源的投入使用,让香港大学教授黄明欣受益良多。过去,他需要先向国外散裂中子源申请机时,然后设计好实验步骤,把材料寄到国外,待实验做好之后再传回数据。
利用中国散裂中子源的通用粉末衍射谱仪,黄明欣团队发现了强度高且韧性好的“超级钢”的微观原理,研究成果曾两度刊于《科学》。
2018年投入运行以来,中国散裂中子源已累计完成10轮开放运行,一年开放机时超过5000小时,拥有约5000多个注册用户,总共完成课题1000余项,在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等众多领域发光发亮,创造出一批源头创新硕果。
采访即将结束时,散裂中子源科学中心主任王生告诉记者,二期工程建设即将启动,未来谱仪数量将增加到20台,加速器打靶和靶站功率将从100千瓦提升到500千瓦,大大提高实验精度和速度。届时,中国散裂中子源将测量更小的样品,研究更快的动态过程,满足更多用户的需求!