《自然》:中国启动下一代中子源,全球中子研究界表示很激动

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2017-11-15 15:31

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中国正在激活下一代中子源,并将很快在那里开展实验。这个新设施使中国成为拥有强中子束来研究物质结构的少数国家之一。
造价22亿人民币,位于东莞的中国散裂中子源,让国内越来越多的顶级物理学家,材料学家以及他们全球合作伙伴得以在多个物理和工程领域参与竞争。其设计者亦希望这一设施能够引领商业产品和技术应用——从电池和桥梁,到飞机引擎和癌症疗法,无所不包。
“这不仅是中国科学家的重要一步,对全球科学家也同样意义重大,” 参与设施规划的香港城市大学物理学家王循理如是说。
粒子束的轰击
散裂中子源通过用质子撞击金属靶(中国散裂中子源使用的是钨)来产生中子,与其他使用核反应堆产生中子束的途径性价比更高,也更安全。因为中子不带电荷,它们能够比其他探测方式更为轻松地穿透物质,对氢这类轻元素亦更为敏感,使得它们在为燃料电池评估备选材料时十分有用。如今拥有此类设施的国家只有英国、美国,日本和瑞士,瑞典正在建设一项设施。
Fujio Maekawa,位于日本东海村日本质子加速器研究中心的一位中子源专家,表明虽然中国散裂中子源较之其他散裂源发射中子的密度要低一些(意味着实验所需时间更长),但一项计划中的设备升级会让它与其他设备在中子密度上接轨。并且,由于中子源的数量短缺,“全世界的中子使用者永远欢迎新的源”,他说。
9月1日,科研人员在调试一台谱仪设备。新华社 图
中国散裂中子源将能容纳20条光束线,每条光束线都会提供配套的仪器。对其前三台仪器的预备实验已于11月1日开启。“中子源首次打靶成功,”中国散裂中子源中子科学部主任王芳卫表示。尽管调试可能还需要数年,他预计仪器在2017年末能够校准完毕,投入初步实验。
中国物理学家迫切地想要用这台设施来分析物质潜在的磁性能,这一领域中国已有相当建树。王循理表示,数台规划中的仪器能够为科学家提供到达特定领域最前沿的机会,如斯格明子(磁性材料中的类涡旋激发)物理学和高温超导性。“有许多刚起步和职业中期的科学家们正急于用这台仪器来研究磁力,” 王循理说道。
全球影响力
王循理认为这一最新设施能够鼓励中国研究者选择待在国内,而非去其他地方工作。“从前经常看到中国科学家出国去做类似的研究,”他说。
该设施头一批仪器也在吸引国际研究者。德国材料科学家Frank Klose表示中国散裂中子源是他和同为材料科学家的妻子Christine Rehm决定加入刚建好的广东理工大学以色列理工学院的一个重要原因,该学院位于汕头,东莞往东400公里。Klose的主要研究方向是设计数据存储设备和用于氢动力汽车的传感器。他曾帮助设计设施中一台用于研究自旋电子器件磁性能的仪器,该仪器利用电子自旋来存储数据。
不过《自然》新闻团队联系的科学家们对中国散裂中子源的所在位置提出了一些疑虑,认为东莞缺乏能够说服顶级科学家及其家人搬过去的服务和基础设施,譬如学院和高校。“我认为中国散裂中子源正面临驻扎在东莞的一流科学家短缺这一问题,”一位熟悉该设施的研究员如是说,他(她)出于这一问题的敏感性要求匿名。潜在使用者亦表达了对于该设施能够容纳20台仪器,但今年内仅有3台能够投入使用的些许遗憾之情。
但更多仪器已投入建设。深圳政府投资建造的两台将于2019年年底投入运营,其中一台将用于模拟高压环境,如地核。毛河光,美国华盛顿特区卡内基科学研究所的地球物理学家,热切盼望着用其模拟高压状态下物质的变化。“中国散裂中子源中的仪器对地球、环境和能源科技,以及物理、化学、材料科学而言将是极为有价值的,” 毛河光说。“我非常激动,整个中子研究界也非常激动。”
(本文原载于微信公众号“Nature自然科研”, 原标题:中国启用下一代中子科学设施,中子研究界表示很激动。澎湃新闻经授权后转载,未经允许不得二次转载。)
责任编辑:杨漾澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 散裂中子源

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