科学网-散裂中子源凝聚振兴梦

当天下午，路甬祥和广东省省长黄华华代表双方签署《中国科学院与广东省人民政府关于中国散裂中子源项目合作备忘录》。中国科学院高能物理研究所所长陈和生与东莞市市长李毓全签署《中国科学院高能物理研究所与东莞市人民政府共建东莞散裂中子源国家实验室协议书》。根据协议，双方将向国家申请在广东东莞建设中国散裂中子源，装置获批准建成后，还将共同建设广东东莞散裂中子源国家实验室。

中国散裂中子源拥有的诸多头衔包括：中国“十一五”投入最大的大科学装置，国家中长期科技发展规划项目，国际前沿高科技多学科应用的大型研究平台，等等。这一工程为何引起科技界和国家、地方政府如此高度的重视，其立项背景和下一步走向到底怎样？带着这些问题，《科学时报》记者采访了中科院有关领导和工程项目有关科技专家。

探索物质本原，是人类永恒的课题。现代科学兴起后，人们对物质微观结构的认识日新月异。然而，工欲善其事，必先利其器。专家告诉记者，中国散裂中子源建设的意义在于：作为先进的中子探测装置，它是当代科学家从事诸多前沿领域研究时“工具箱”里不可或缺的一大利器。

中国科学院基础科学局局长张杰院士介绍，中子和人们熟知的X射线一样，都是人类探索物质微观结构的有力手段，但中子不带电，具有磁矩，穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，且有对样品的非破坏性的特点，不仅可探索物质静态微观结构，还能用来研究其动力学机制，因此已成为薄膜、纳米团簇、生物大分子和蛋白质等热点前沿领域不可缺少的研究工具。

用X射线或中子探测物质内部，说起来简单做起来难。和很多重大基础、前沿研究一样，实现这一过程需要一项必备的物质基础，那就是结构复杂、建设周期漫长、投资也极巨大的大科学装置——对前者来说，是能产生高强度X光的高能电子加速器；对后者来说，则是源源不断提供高能中子的中子源。它们主要解决两种射线在科学研究中“亮度”不够的问题，一个对电子结构和重原子异常敏感，一个探测原子核和轻原子得心应手，相得益彰、堪称双璧。

张杰介绍，散裂中子源是世界中子源的主流发展方向，与核反应堆中子源相比具有高脉冲通量、产生丰富的高能短波中子、低本底、不使用核燃料、只产生极少量活化产物等许多独特性能。其工作原理是：用高能质子等快速粒子轰击重原子核，使其中部分中子“散裂”出来，然后用中子束流瞄准样品，探测、计算得到散射中子的能量、散射角度及位置，进而得到固体位置、运动、特性等信息。

据悉，散裂中子源散射的中子束，可帮助科学家了解从液态晶体到超导陶瓷、从蛋白质到塑料、从金属到胶粒等各种物质特性的详细情况，其建设不仅关乎一个国家原始创新能力的提高，过程中还能孕育一大批实用型高新技术。例如，中子散射已在磁性凝聚态物理、纳米材料、高强度高性能塑料、蛋白质和生物、高温超导机理、同位素辨识、工业无损深度探伤、污染及废料处理等领域得到了广泛应用。

中国科学院常务副院长白春礼院士介绍，进入21世纪以来，美、日、欧等发达国家纷纷把建设高性能散裂中子源作为提高科技创新能力的重要举措，相继斥巨资建设新一代的散裂中子源。在美国，总投资14亿美元、设计束流功率为1.4 MW的散裂中子源已经开始调束；日本总投资约18亿美元的强流质子加速器研究联合装置已开始加速器调束；韩国和印度也正在积极筹建束流功率为百千瓦量级的散裂中子源。

中科院高能物理所所长陈和生院士向记者披露了中国散裂中子源论证、立项的基础和过程。他指出，中国物理学家在反应堆中子散射研究及其相关领域的应用有比较深厚的基础。20世纪90年代中期，随着强流加速器技术的发展，散裂中子源成为国际中子散射科学研究的发展前沿之一，我国也开始研发强流质子加速器技术，以及包括散裂中子源在内的可能应用。

2000年7月，路甬祥访问英国卢瑟福实验室的散裂中子源后，委托中科院数理学部成立院士专家咨询组，就我国发展散裂中子源的意义、必要性、可行性等进行咨询，使中国散裂中子源进入实质性推进阶段。咨询组经过一年多的研究与讨论，在4次研讨会的基础上，形成了《关于我国发展散裂中子源的咨询意见》。这一意见得到中科院领导的充分肯定和支持，并指示中科院着手酝酿建造我国自己的散裂中子源。

2002年，由中科院物理所和高能物理所承担的散裂中子源概念研究启动。在中国科学院专项预研经费、国家自然科学基金、国家“973”计划支持下，中科院高能物理研究所和物理研究所近百名科技骨干通力合作，中国散裂中子源项目总体设计方案不断优化，在国内外专家的多次论证、评审中得到一致肯定。

2004年4月，国家发展和改革委员会召集科技部、教育部、国防科工委、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委等部门专题研究了国家急需启动的重大科技基础设施建设的有关工作。2004年6月，国家发展和改革委员会委托中国科学院、中国工程院的院士对拟建设的散裂中子源等国家重大科技基础设施项目建议提出咨询意见，并最终确定了包括散裂中子源在内的9项设施向国家科教领导小组汇报，并于2005年7月获国家科教领导小组原则批准。

工程主要设计者之一韦杰表示，目前的设计方案充分吸取国外散裂中子源建设的经验，并依据中国的需要及国力确定了优化设计方案，关键技术设计合理：100千瓦的质子加速器及相关指标，是经济而留有升级余地的设计；25赫兹的脉冲重复频率，兼顾了多种学科对宽段波中子的不同需求和提高谱仪样品出口的有效中子通量；总体指标涵盖我国凝聚态物理、化学、材料等多学科领域应用的需要，同时兼顾生命科学、工业应用等领域研究的应用需求。

来自德国、英国、美国、日本的专家在对项目设计的评议结论中写道：“从目前中国的用户需求、加速器、靶站和谱仪建设水平综合考虑，现有的……设计是一个聪明的选择！中国散裂中子源的建成，将使中国拥有世界一流的中子科学综合实验装置，以确保中国在中子科学领域内的先进地位。”

作为项目法人单位负责人，陈和生对中国散裂中子源的建设满怀信心。他指出，散裂中子源作为大科学工程，其建设需要采用一系列高新技术。工程建设将在充分吸取国外散裂中子源建设的技术和经验、广泛开展国际合作的同时，最大限度地在国内开发出项目建设所需高新技术，从而达到既节省项目经费、又提升国内相关产业技术水平的双赢局面。

专家指出，中国散裂中子源是一台大型射线装置，但它产生的辐射绝大部分是瞬发性的。散裂中子源产生的剩余产物活性低于反应堆中子源的1/1000。通过采取有效的防护措施和严格的安全联锁，可以确保装置在正常运行或设备故障期间，其对环境的影响完全控制在国家标准之内。在正常运行状况下，装置的科学寿命将超过30年。

用户优先的原则是中国散裂中子源建设的基本指导思想。中子散射用户广泛和深入的参与，是中国散裂中子源建设成功的保证。据了解，中国散裂中子源的专家论证、概念研究和前期预研，始终以用户的现实需要为出发点；中科院从2004年以来，先后举办三届散裂中子源用户研讨会，以深入探讨中子散射的多学科应用、推广中子散射技术、培养潜在用户，进一步了解我国用户和潜在用户的需求。

根据国内用户调查，中国散裂中子源目前已确定的首批用户，包括中科院下属9个研究所的70多个研究组和全国22所大学、中国原子能科学研究院等研究机构的30多个研究组。此外，在工程和工业的应用方面，我国凝聚态物理、化学、材料、生物科学、聚合物和软物质、地球科学、机械加工工业、核物理、质子成像和医学应用等领域内的众多科技人员，都是中国散裂中子源的潜在用户。

例如，深海储存有大量甲烷等有机可燃小分子的水合物，即所谓可燃冰，是有待开发的一种新型能源。高压下的中子衍射技术可用来研究可燃气体甲烷水合物的形成机制和稳定条件，其研究成果将为安全、高效地开采和利用可燃冰提供科学依据。

“在广东省建设散裂中子源，对中国乃至东南亚都具有重大的科学意义和战略意义。”路甬祥在签约仪式上指出，中科院和广东省的此次联手方案，落实后将改变我国大科学装置过度集中在少数地区的局面，使全国基础研究力量的分布与经济社会发展更加协调。

广东之强，首在经济。数据显示，广东省经济生产总值连续多年雄踞全国之首，2006年占全国的1/8，已超过我国香港地区和新加坡，有望赶超我国台湾地区和韩国；广东万元GDP能耗全国最低，仅相当于全国平均水平的65%，创造了经济增长方式转变的“广东现象”；同时，广东省的科技综合实力也日益增强，今年高新技术产品产值突破1万亿元，专利申请总量连续十余年居全国第一，区域创新能力位居全国前列。

与之对应，中科院作为国家科技方面的最高学术机构和最高咨询机构，已拥有、在建和将要建设的大科学装置，从北京正负电子对撞机、合肥同步辐射装置到在建将建的上海光源、航空遥感飞机等，数量占全国80%以上，拥有一支专业化、经验丰富的技术支撑和建设队伍，有广泛的国际合作网络与经验。以中科院为代表，中国设计建造大科学装置的能力和综合技术集成能力已有质的提升。

我国原有依托大科学装置的综合研究中心，主要分布在北京、上海、合肥、兰州等地。为适应国家和区域经济建设的需要，中科院在最新一轮的科技布局调整中，有意识地优化大科学装置在全国范围内的地理分布格局，得到有关省市的大力支持。而此前中科院与广东省合作建设的中科院华南植物园、中科院深圳先进技术研究院、中科院广州生物医院与健康研究院和共同主持的“大亚湾反应堆中微子实验”等重大项目，也都取得了丰硕的成果。

“增强自主创新能力、建设创新型国家，是切实增强我国综合国力、促进实现中华民族伟大复兴的重大举措。”黄华华认为，中国散裂中子源落户广东，将使这里成为华南地区重大科学装置的基地，带动广东及周边地区科技创新和相关高科技产业的发展，进一步提升全省的区域和国际竞争力。这同时也是广东省和中科院近年来广泛而富有成效的合作的进一步深化。

“大科学研究装置是国家科技创新体系的要素之一。欧美日等发达国家的大科学装置，成为它们科技创新能力的标志。”陈和生表示，随着后续广东东莞散裂中子源国家实验室的设立，中国散裂中子源将基于其多学科研究中心和广泛的用户群体，跟踪国际中子应用领域最新实验方法和成果，进行自主研发，创新超越，充分利用装置的高性能，为人类科学事业和社会进步作出贡献。

建设大科学装置，也寄托了中国科学家们另外一项梦想——藉其取得基础研究原始突破。因为，重大基础、前沿研究历来是产生诺贝尔奖的摇篮。自1895年X射线被伦琴发现以来，因X射线及其应用领域中的研究而获得的诺贝尔物理学奖就有7项，化学奖有5项，生理学或医学奖有2项；X射线的相关应用也已覆盖与人类生活息息相关的各个领域。中子散射方面，沙尔和布罗克豪斯因分别利用中子散射研究磁结晶学及晶格动力学，获得了1994年的诺贝尔物理学奖。

3天的采访中，记者接触到的中科院和广东方面有关负责人和专家都认为：中国散裂中子源的建成及运行，将在珠三角地区形成一个国际一流的大型综合科学研究基地，在推动我国相关领域的基础和应用研究发展的同时，有力推动珠三角地区的基础科学研究、应用研究及相关高技术的发展，培养大批科技人才，辐射到南方各省、全国以及东南亚地区，促进产业升级，产生巨大的社会效益和经济效益。