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“大国重器”通过国家验收投入运行

  8月23日,位于东莞的国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目顺利通过国家验收,投入正式运行。记者 孙俊杰 摄

  8月23日,在历经6年半的紧张建设之后,位于东莞的国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目顺利通过国家验收,投入正式运行。中国散裂中子源作为我国首台散裂中子源、粤港澳大湾区首个国家重大科技基础设施,按指标、按工期、高质量地完成了工程建设任务,综合性能进入国际同类装置先进行列,将正式对国内外各领域的用户开放。

  A 装置综合性能达到国际先进水平

  中国散裂中子源坐落于广东省东莞市大朗镇,由中国科学院和广东省共同建造,中国科学院高能物理研究所为项目法人,中国科学院物理研究所参建。该项目建设内容包括一台8千万电子伏特负氢离子直线加速器、一台16亿电子伏特快循环同步加速器、一个靶站,以及一期三台供科学实验用的中子散射谱仪。

  国家验收委员会专家认为,中国散裂中子源的各项指标均达到或优于批复的验收指标。装置整体设计先进,研制设备质量精良,靶站最高中子效率和三台谱仪综合性能达到国际先进水平。

  目前,全球建成的散裂中子源装置共有4个,其他3个分别为英国散裂中子源(ISIS)、美国散裂中子源(SNS)和日本散裂中子源(J—PARC)。

  国家验收委员会专家认为,中国散裂中子源通过自主创新和集成创新,在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果,显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。例如,国内首次研制成功25赫兹交流谐振励磁的大型二极和四极磁铁及电源,交流磁场精度达到同类装置国际领先水平。

  在验收会上,中国散裂中子源工程总指挥、工程经理陈和生表示,中国散裂中子源总体设计方案与性能指标处于国际先进水平,同时也兼顾了我国目前经济和技术基础。

  例如,加速器采用低能直线加速器+高能快循环同步加速器的方案,节省投资、易于升级;脉冲重复频率25Hz,能大幅度增加可利用的中子波长范围;采用扁平包钽钨片靶的设计,提高有效中子产生效率;尽量提高设备的国产率,促进国内相关技术发展,降低造价等。

  甚至在前期各项条件比较困难的情况下,仍适当增加投入,使装置最大束流功率具备直接升级到500kW的能力,大大提高建造的性价比,并奠定了未来发展基础。

  在项目建设过程中,国内数百家科研机构和企业协同攻关,取得了大批创新成果,使我国强流质子加速器技术、靶站和中子散射谱仪技术实现了跨越式发展。

  B 试运行阶段已取得首批重要科学成果

  中国散裂中子源的建成,填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,将为诸多领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究平台,例如物质科学、生命科学、资源环境、新能源等。它的投入运行,对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。

  陈和生表示,“中国散裂中子源就像‘超级显微镜’,是研究物质材料微观结构的理想探针。我们可以利用散裂中子源来研究大型金属部件的残余应力,这对于提高高铁关键部件和航空发动机部件的性能,以及核电站部件的服役性能十分重要。此外,可燃冰、磁性材料的研究,以及化学反应催化剂的原位研究等,都可以使用散裂中子源。”

  自2018年3月试运行以来,中国散裂中子源装置运行可靠稳定,首期三台谱仪已完成10个用户单位16个研究组的21个样品实验,并取得了首批重要科学成果。这些实验都是针对国家重点发展领域,充分发挥中子散射的特点,具有重要科学意义和代表性,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,如锂离子电池材料、稀土磁性、新型高温超导、功能薄膜等。

  C 助推大湾区建设国际科技创新中心

  “大科学装置建设周期很长,从提出到立项、建成,周期典型是10年,现在能找到的最早提出建设中国散裂中子源的正式文件,是1999年由中科院高能物理研究所和中国原子能科学研究院联合向科技部提出的建议,到现在将近二十年了。”历经十余载终于迎来散裂中子源建成,陈和生非常感慨。

  他坦言,中国散裂中子源筹建之初,国内对大科学装置还没有今天这样的重视程度,广东省、东莞市决定建设散裂中子源的决策非常具有远见。“大科学装置的建设不会给东莞带来直接的经济效益,但是会带来科学技术和高科技人才,这些可以吸引大量科研机构和创新产业,推动东莞乃至珠三角的转型发展。”

  依托中国散裂中子源,材料科学与技术广东省实验室已经选址在附近开始筹建,可以预见未来将能吸引大批材料科学领域的高水平人才。与此同时,粤港澳大湾区的研究机构和高校对利用散裂中子源也表现得非常积极,纷纷要求出资共建谱仪,表现出强劲的用户需求。此外,通过推荐青年骨干学者到国外散裂中子源开展实验等措施,后续人才队伍也在逐步培养壮大。

  “衡量用户装置成功与否的主要标准是用户的科技成果和对满足国家战略需求的贡献。”陈和生表示。

  未来,中国散裂中子源将着力确保装置高效、稳定、可靠运行,加强国内外开放共享。同时为了满足交叉科学前沿研究和国家发展战略的迫切需求,中国散裂中子源将不断完善和改进装置性能,尽快启动后续谱仪建设和功率升级工作,扩大用户群体,为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑,助推粤港澳大湾区国际科技创新中心的发展和产业升级。

  ■知多D

  散裂中子源有什么作用?

  据介绍,中国散裂中子源就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针。可以利用散裂中子源来研究大型金属部件的残余应力,这对于提高高铁关键部件和航空发动机部件的性能,以及核电站部件的服役性能十分重要。此外,可燃冰、磁性材料的研究,以及化学反应催化剂的原位研究等,都可以使用散裂中子源。(记者 陈启亮 通讯员 张玮)

  中国散裂中子源工程建设大事记:

  2000年7月 向国家科技领导小组提交“中国高能和先进加速器发展目标”,提出建设散裂中子源

  2005年7月 国务院科教领导小组原则批准散裂中子源项目

  2007年2月 中科院与广东省签订共建散裂中子源协议

  2008年9月 国家发改委批复项目建议书

  2011年2月 国家发改委批复可行性研究报告

  2011年5月 初步设计报告批复

  2011年9月 开工报告批复,工期6.5年

  2011年9月 开工报告批复,工期6.5年

  2011年10月 工程奠基仪式举行

  2011年9月—2016年7月 设备加工与制造

  2012年5月—2016年8月 土建工程施工

  2014年10月—2017年9月 设备安装与测试

  2017年8月 质子打靶成功获得第一束中子

  2017年11月 首轮加速器和靶站谱仪的联合调试功率达到10kW

  2018年3月 工程达到全部验收指标,通过工艺鉴定和验收

  2018年4月第一篇用户实验科学成果文章在《Nano Energy》杂志发表

  2018年4月 通过设备专业组验收

  2018年5月 通过财务、建安和档案专业组验收

  2018年8月 通过国家验收

 
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