将微观世界看通透

日前，建在广东东莞的我国“十一五”国家重大科技基础设施——中国散裂中子源按期、高质量完成了全部工程建设任务，通过了中国科学院组织的工艺鉴定和验收。这是中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源，它的建成填补了国内脉冲中子应用领域的空白，为我国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供了强有力的研究手段。

中国散裂中子源于2011年9月开工建设，工期6.5年，总投资约23亿元。其主要建设内容包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站，以及一期三台供中子散射实验用的中子谱仪，是各种高、精、尖设备组成的整体。

那么，什么是中子散射？

中国散裂中子源工程总指挥、工程经理、中科院院士陈和生介绍：“当一束中子入射到研究样品上时，与它的原子核或磁矩发生相互作用，产生散射。通过测量散射的中子能量和动量的变化，就可以研究在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律，告诉人们原子和分子的位置及其运动状态。”

陈和生进一步解释说：“打个比方，假设面前有一张看不见的网，我们不断地扔出很多玻璃弹珠，弹珠有的穿网而過，有的则打在网上，弹向不同的角度。如果把这些弹珠的运动轨迹记录下来，就能大致推测出网的形状；如果弹珠发得够多、够密、够强，就能把这张网精确地描绘出来，甚至推断其材质。”

中子散射又是怎么探测到物质微观结构和原子运动的？

然而，进行中子散射的研究，需要用中子做探针，就必须有一个适当的中子源，先进的中子源是中子科学研究的基础。散裂中子源正好符合需求。

在材料科学技术、生命科学、新能源等领域，散裂中子源有广泛应用前景。

散裂中子源可以产生强脉冲中子，并通过测量中子束流在样品的散射反应过程，探测样品原子核的位置和运动状况，因此，在材料科学技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域都具有广泛应用前景。

例如，1998年6月，德国一辆城际快车意外出轨，最后查出事故元凶竟然是老化的车轮。车轮是在英国散裂中子源上检测的，发现其中有内部裂痕。事实上，无论是高铁的轮轨，还是飞机的涡轮、机翼，里面都有应力，它决定了高铁和飞机的使用寿命和安全性。但是，这个应力看不到、摸不着，对它的研究成了避免灾难发生的关键。

【小科普】

中子

1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，人们开始认识到原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的。中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。由于中子不带电，具有磁矩，且穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，具有非破坏性，这些特性使得中子散射成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一，和X射线一样，是多学科研究中探测物质微观结构和原子运动的强有力手段。