图:中国科学院高能物理研究所副所长、中国散裂中子源二期工程总指挥王生在介绍中国散裂中子源情况。\大公报记者卢静怡摄
【编者按】
新中国成立75年来,我国科技事业取得长足发展,成为世界上具有重要影响力的科技大国。十八大以来,我国系统部署、强力推进科技体制改革,发挥新型举国体制优势是其中的重要内容。聚焦“四个面向”,加强科技创新全链条部署、全领域布局,全面增强科技实力和创新能力。
这其中,一大批瞄准世界科技前沿、面向国家重大需求的重大科技基础设施集群近年在粤港澳大湾区加速汇集,推动粤港澳大湾区国际科技创新中心建设加速前进。大公报今起推出“湾区力量”系列专题,带领读者深入探寻微观世界、深海世界和超级“大脑”的黑科技,揭示国家重大科技基础设施如何成为支撑起大湾区基础研究的“顶梁柱”,推动粤港澳三地科学家深化科研合作,打造全球科创高地。
科技日新月异,中国的“超级工程”愈来愈多,它们的性能安全,是怎样检测的呢?
在距离香港一个多小时车程的广东省东莞市,有一台大科学装置可以发挥重要作用。这就是中国第一座脉冲式散裂中子源装置、粤港澳大湾区首个重大科技基础设施——中国散裂中子源。它被称为探秘微观世界的“国之重器”,锂离子电池、高强合金、芯片元器件等当今生产生活不可或缺的技术、设备,在研发中都可以用到散裂中子源,成为湾区科研主引擎。\大公报记者 卢静怡
入夜,中国散裂中子源持续运转,实验室内灯火通明。在中国散裂中子源的谱仪大厅里,围绕着靶站,五颜六色的混凝土模块下隐藏着中子束线和各具功能特色的谱仪,每一个色块构成的空间都是一个实验站。中国散裂中子源用户中,有约10%来自海外。行走在实验室间,会经常碰到来自欧洲、中东等国际研究团队的脸孔,深夜里还会瞥见香港科学家的忙碌身影。
作为中国散裂中子源的科研人员,殷雯常常与实验团队一起在实验室内工作到深夜,协助监测数据。“由于实验需要,我们需要频繁更换样品环境,比如将样品所处的环境从低温调到高温,仪器全天候开动,因此需要有人轮流监测数据。”殷雯说。
开放时长和效率处国际领先水平
殷雯是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。在她的科研历程中,香港科学家们的“拼命三郎”精神,让她印象很深。像香港城大物理系教授任洋等科研人员,经常会废寝忘食,即使在深夜,为了一组数据,也会打车从酒店赶到实验室。她说,香港的科研人员,在任务繁重的情况下,依然坚持基础实验步骤,有时会通宵和他们留在实验室,与团队一起分析数据。殷雯回忆称:“每个并肩作战的夜晚,大家的目标一致,充满了创新的热情。”
中国散裂中子源作为用户平台,成果已遍地开花。一期工程至今,中国散裂中子源已完成12轮开放,每年运行时间超过5000小时,开放时长和效率都处于国际同类装置的领先水平。目前,注册用户超过7100人,已完成1700多项课题,不少来自国外。其中来自香港的用户数达到121个,帮助7所港澳高校完成了76项实验课题。
首篇顶级期刊论文来自香港高校
“中国散裂中子源运行后,我们在顶级期刊上发表的第一篇论文就来自香港高校。他们研究中的关键数据正是通过中国散裂中子源实验获得的。”中国科学院高能物理研究所副所长、中国散裂中子源二期工程总指挥王生告诉大公报,中国散裂中子源与香港多所高校建立了紧密的合作关系,香港城市大学全面参与了多物理谱仪设计和研制,并提供了1500万港元的设备经费支持。该谱仪于2021年6月建成并投入运行,迄今已完成300余项用户研究课题。王生赞赏称:“该台与香港合作共建的谱仪,无论是从用户发展还是科研成果来看,都是成绩最突出的一台谱仪。”
“有一半的诺贝尔奖与散裂中子源等大科学装置相关。”殷雯充满信心地表示,希望能在未来的研究中,看到他们帮助过的团队中涌现出诺贝尔奖得主。“很多内地及港澳和海外的科研人员持续长时间地开展基础科学研究。散裂中子源是他们完成这段‘长跑’的重要助手,中子散射为他们提供关键、直接的实验数据。”殷雯笑着告诉大公报,目前,全球仅有英国、日本、美国以及中国拥有脉冲型散裂中子源。而中国散裂中子源因为运行稳定,吸引越来越多国际研究团队前来做实验,中国散裂中子源亦帮助了国内外不少团队在国际顶级期刊发表成果。殷雯说,即使在行内已经工作了20多年,每次听到这些好消息仍然让她感到特别有成就感。
二期工程开建 关键性能提升五倍
散裂中子源被称为“超级显微镜”,是以中子为“探针”,“看穿”材料的微观结构。中国散裂中子源就像是一把能打开微观世界神秘大门的“万能钥匙”。它的应用范围之广,从航空发动机的精密构造到高铁车轮的坚固耐用,再到可燃冰的神秘面纱和高温超导材料的奇妙特性,散裂中子源让科学家们的梦想照进现实。
王生告诉大公报,中国散裂中子源对于解决国家重大战略需求和前沿科学诸多领域的关键问题有着重要意义,目前已在航空航天关键部件、锂离子电池、稀土磁性、新型高温超导等重点领域取得了一批科技创新成果。
而今年这座“超级显微镜”又上新,二期工程正式开始建设。二期工程将建设11台中子谱仪和实验终端,建成后中子谱仪总数将增加到20台,新建的中子谱仪将聚焦磁性超导量子材料、生命科学、催化材料等研究领域。同时,散裂中子源的关键性能指标,打靶束流功率,也将提升五倍。
大湾区作为我国开放前沿,参与国际合作显得尤为重要。王生提到,最近一次德国研究团队参观了中国散裂中子源,他们对东莞的高科技装置印象深刻。“让世界了解我们拥有如此先进的科技设施并向世界开放,一直是我们工作的重点之一。”