据《Nature》报道, 随着中国散裂中子源的建成投入使用, 中国的新一代中子发生器正在材料科学等领域发挥出重大作用, 提升国家在相关领域的总体实力. 据悉, 位于东莞的中国散裂中子源 (CSNS) 设施投入约22亿人民币, 能够让中国越来越多的顶尖物理学家, 材料科学家以及国际合作者参与多种物理和工程试验. 其设计人员也希望该设施为制造电池, 桥梁, 飞机引擎甚至于癌症治疗等方向发挥重要作用.
图示: 工程师正在中国散裂中子源 (CSNS) 的一部仪器上工作
香港城市大学物理学家王循理教授说: '这不仅是中国科学的一大进步, 也是国际科学界的重大事件. '
射束轰击
散裂中子源通过质子撞击金属靶产生中子, CSNS使用钨作为金属靶. 与使用核反应堆产生中子束的方法相比, 这种方法更具经济效益和安全性. 由于中子没有电荷, 它们可以更容易地穿透材料, 加之中子对氢等元素更敏感, 因此可用于检测燃料电池的制造材料. 类似的设施只在英国, 美国, 日本和瑞士才有, 而瑞典的相关设施处于建设之中.
位于日本东海村的日本质子加速器研究中心中子源专家Fujio Maekawa表示, 尽管中国散裂中子源生成的中子密度要低于其他散裂源, 这意味着进行实验需要更长的时间. 但考虑到中子发生器的稀缺性, '世界各地的用户总会欢迎新的中子源' , 他说.
中国散裂中子源最多可承载20条光束线, 从而支持尽可能多的仪器设备. 其中前三个仪器的初步测试从11月1日开始. 中国散裂中子源中子科学部门负责人王芳卫指出: '中子采样符合预期. '虽然整体调试可能需要几年时间, 但他预计这些设备将在2017年底前进行校准并准备好进行初步实验.
中国物理学家迫切希望利用这座设施来分析材料的基本磁性特征, 而中国在材料科学领域里有着丰富的知识储备. 王循理指出, 这些设备有望让中国科学家在前沿学科取得颠覆性发现, 诸如磁性材料中涡旋状的激发以及高温超导体等. 他表示: '有一大批前沿科学家渴望利用这个设施来研究材料磁性. '
全球吸引力
王循理认为, 中国散裂中子源将鼓励中国研究人员留在国内, 而不是到其他地方谋求职业发展. 他说: '过去, 中国科学家出国进行这类研究是很平常的事情. '
该设施的首批设备也吸引了国际研究人员. 德国物质科学家弗兰克·克洛斯 (Frank Klose) 说, 中国散裂中子源是他和夫人, 材料科学家克里斯汀·雷姆 (Christine Rehm) 决定加入位于汕头的广东以色列理工学院的主要因素. 克洛斯的研究重点是设计可用于氢动力汽车的数据存储设备和传感器. 他帮助设计了其中一种仪器来研究自旋电子器件的磁性, 这些器件利用电子的自旋来存储数据.
但也有不少科学家对中国散裂中子源的位置表示担忧, 称东莞缺乏相关服务和基础设施, 比如缺少有影响力的学校和大学, 而恰恰是这些完善的基础设施会吸引顶尖的科学家及其家属搬到那里. 一位熟悉该设施, 不愿透露姓名的研究人员表示: '我相信中国散裂中子源也受到东莞本身缺乏一线科学家的困扰. 很多中子发生器的潜在用户也表示出一些担忧, 尽管该设施能够容纳20台仪器, 但今年只有3台仪器能调试结束. '
但是更多的仪器已经在建造之中. 深圳政府资助的两个仪器预计将在2019年底前完工, 其中一项旨在模拟地球核心等高压环境. 华盛顿特区卡内基科学研究所地球物理学家毛河光期待用它来模拟高压条件从而测试新材料的性能. 毛河光指出: '中国散裂中子源的仪器将是地球, 环境和能源科学以及物理, 化学和材料科学的重要资产. 对此我非常兴奋, 整个中子社区也非常兴奋' .
