靶站谱仪大厅。中国科学院高能物理研究所供图

■本报记者 倪思洁

3月30日，国家重大科技基础设施中国散裂中子源二期工程启动。

中国散裂中子源位于广东省东莞市，由中国科学院高能物理研究所建设运行，是我国首台异地建设的大科学装置。2018年，中国散裂中子源一期工程建成，成为我国第一台、世界第四台脉冲式散裂中子源装置，现已运行5年多。

按计划，二期工程将用5年9个月工期来提升加速器性能并建设11台中子谱仪和实验终端。建成后，加速器打靶束流功率将从一期的100千瓦设计指标提高到500千瓦，中子谱仪数量将增加至20台，并新增国内首台缪子实验终端和高能质子实验终端。

“中国散裂中子源装置研究能力将大幅提升，实验精度和效率将显著提高，能够为探索科学前沿、解决国家重大需求和产业发展中的关键科学问题提供科技利器。”中国散裂中子源二期工程总指挥、中国科学院高能物理研究所副所长王生说。

一期现状：已完成1500余项课题

中国散裂中子源被誉为探索物质材料微观结构的“超级显微镜”。

正如医院里的X光能拍出人体内部结构一样，不带电的中子可以畅通无阻地穿过样品，也可以与样品的原子核碰撞并散射。探明中子轨迹，可以精准了解物质内部的微观结构。

2018年8月23日，中国散裂中子源通过国家验收，并对国内外各领域的用户开放。

中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部副主任张俊荣介绍，装置投入运行以来，中国散裂中子源已完成用户实验课题1500余项，含港澳台地区及国外课题100余项，涵盖了能源、物理、材料、工程等多个前沿交叉和高科技研发领域，在航空航天关键部件应力检测、锂离子电池、太阳能电池结构、稀土磁性、新型高温超导、功能薄膜、高强合金、芯片单粒子效应等重点领域取得了一批科技创新成果。

“作为粤港澳大湾区首个国家重大科技基础设施，中国散裂中子源为粤港澳大湾区建设综合性国家科学中心、打造国际科技创新中心提供了重要科技内核。”王生说。

与此同时，中国散裂中子源的用户数量迅速增加，注册用户已超过6000人，机时供不应求。

“正是由于中国散裂中子源丰硕的成果产出和强烈的用户需求，二期工程得以快速立项并启动建设。”王生说。

二期目标：提升能力，扩展范围

2022年12月26日，中国散裂中子源二期工程批复立项。

“二期工程将在一期工程基础上实现新的跨越。”王生告诉《中国科学报》，一期工程时间紧、投资有限，主要解决了我国散裂中子源“从无到有”的问题，预留了比较大的升级空间；二期工程的主要任务有两项，一是提升能力，二是扩展范围。

提升能力指的是加速器打靶束流功率将从一期工程的100千瓦设计指标提高到500千瓦。

“衡量散裂中子源的一个重要指标就是束流功率。”王生说，功率提高后，中国散裂中子源在同等时间内能产生更多中子，不仅能有效缩短实验时间，还能使实验分辨率更高，能够测量更小的样品、研究更快的动态过程。

中国散裂中子源二期工程将在一期11台谱仪的基础上，再建设9台中子谱仪和两个实验终端，建成后中子谱仪数量将增加至20台，并新增国内首台缪子实验终端和高能质子实验终端。

“不同的研究对象和目标需要的研究手段不同，这就要求我们建设更多类型的谱仪或实验终端支持各类研究。一期谱仪的覆盖面还是比较广的，随着需求逐渐增加，现有谱仪的覆盖面和技术能力还应该继续提升。”王生说。

王生介绍，二期工程将重点拓展磁性超导量子材料研究、生命科学研究、催化化工研究等多个应用方向。

工程技术：关键技术问题已基本解决

中国散裂中子源在一期建设阶段就在开展二期关键技术的研发。

“大科学工程的技术水平高，成千上万的设备里，很多都是非标准化设备，需要自主研发。如果有大的技术难关没被攻克，就不可能按时完成工程建设。”王生说。

正因如此，在二期工程正式启动前，关键技术问题已经通过预制研究基本解决。

中国科学院高能物理研究所东莞研究部加速器技术部副主任李晓介绍，中国散裂中子源二期工程已经在关键技术预研方面取得重要进展，国内首台高功率高梯度磁合金加载腔已正式投入运行，P波段大功率速调管已顺利通过验收。

此外，中子探测器、中子导管、中子极化器的研制也取得了突破，为中国散裂中子源二期工程的成功建设奠定了坚实的技术基础。