中國正在激活下一代中子源，并將很快在那里開展實(shí)驗(yàn)。這個(gè)新設(shè)施使中國成為擁有強(qiáng)中子束來研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的少數(shù)國家之一。

造價(jià)22億人民幣，位于東莞的中國散裂中子源，讓國內(nèi)越來越多的頂級(jí)物理學(xué)家，材料學(xué)家以及他們?nèi)蚝献骰锇榈靡栽诙鄠€(gè)物理和工程領(lǐng)域參與競(jìng)爭(zhēng)。其設(shè)計(jì)者亦希望這一設(shè)施能夠引領(lǐng)商業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用——從電池和橋梁，到飛機(jī)引擎和癌癥療法，無所不包。

“這不僅是中國科學(xué)家的重要一步，對(duì)全球科學(xué)家也同樣意義重大，” 參與設(shè)施規(guī)劃的香港城市大學(xué)物理學(xué)家王循理如是說。

粒子束的轟擊

散裂中子源通過用質(zhì)子撞擊金屬靶（中國散裂中子源使用的是鎢）來產(chǎn)生中子，與其他使用核反應(yīng)堆產(chǎn)生中子束的途徑性價(jià)比更高，也更安全。因?yàn)橹凶硬粠щ姾桑鼈兡軌虮绕渌綔y(cè)方式更為輕松地穿透物質(zhì)，對(duì)氫這類輕元素亦更為敏感，使得它們?cè)跒槿剂想姵卦u(píng)估備選材料時(shí)十分有用。如今擁有此類設(shè)施的國家只有英國、美國，日本和瑞士，瑞典正在建設(shè)一項(xiàng)設(shè)施。

Fujio Maekawa，位于日本東海村日本質(zhì)子加速器研究中心的一位中子源專家，表明雖然中國散裂中子源較之其他散裂源發(fā)射中子的密度要低一些（意味著實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間更長(zhǎng)），但一項(xiàng)計(jì)劃中的設(shè)備升級(jí)會(huì)讓它與其他設(shè)備在中子密度上接軌。并且，由于中子源的數(shù)量短缺，“全世界的中子使用者永遠(yuǎn)歡迎新的源”，他說。

9月1日，科研人員在調(diào)試一臺(tái)譜儀設(shè)備。新華社 圖

中國散裂中子源將能容納20條光束線，每條光束線都會(huì)提供配套的儀器。對(duì)其前三臺(tái)儀器的預(yù)備實(shí)驗(yàn)已于11月1日開啟。“中子源首次打靶成功，”中國散裂中子源中子科學(xué)部主任王芳衛(wèi)表示。盡管調(diào)試可能還需要數(shù)年，他預(yù)計(jì)儀器在2017年末能夠校準(zhǔn)完畢，投入初步實(shí)驗(yàn)。

中國物理學(xué)家迫切地想要用這臺(tái)設(shè)施來分析物質(zhì)潛在的磁性能，這一領(lǐng)域中國已有相當(dāng)建樹。王循理表示，數(shù)臺(tái)規(guī)劃中的儀器能夠?yàn)榭茖W(xué)家提供到達(dá)特定領(lǐng)域最前沿的機(jī)會(huì)，如斯格明子（磁性材料中的類渦旋激發(fā)）物理學(xué)和高溫超導(dǎo)性?！坝性S多剛起步和職業(yè)中期的科學(xué)家們正急于用這臺(tái)儀器來研究磁力，” 王循理說道。

全球影響力

王循理認(rèn)為這一最新設(shè)施能夠鼓勵(lì)中國研究者選擇待在國內(nèi)，而非去其他地方工作?！皬那敖?jīng)常看到中國科學(xué)家出國去做類似的研究，”他說。

該設(shè)施頭一批儀器也在吸引國際研究者。德國材料科學(xué)家Frank Klose表示中國散裂中子源是他和同為材料科學(xué)家的妻子Christine Rehm決定加入剛建好的廣東理工大學(xué)以色列理工學(xué)院的一個(gè)重要原因，該學(xué)院位于汕頭，東莞往東400公里。Klose的主要研究方向是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和用于氫動(dòng)力汽車的傳感器。他曾幫助設(shè)計(jì)設(shè)施中一臺(tái)用于研究自旋電子器件磁性能的儀器，該儀器利用電子自旋來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

不過《自然》新聞團(tuán)隊(duì)聯(lián)系的科學(xué)家們對(duì)中國散裂中子源的所在位置提出了一些疑慮，認(rèn)為東莞缺乏能夠說服頂級(jí)科學(xué)家及其家人搬過去的服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施，譬如學(xué)院和高校?！拔艺J(rèn)為中國散裂中子源正面臨駐扎在東莞的一流科學(xué)家短缺這一問題，”一位熟悉該設(shè)施的研究員如是說，他（她）出于這一問題的敏感性要求匿名。潛在使用者亦表達(dá)了對(duì)于該設(shè)施能夠容納20臺(tái)儀器，但今年內(nèi)僅有3臺(tái)能夠投入使用的些許遺憾之情。

但更多儀器已投入建設(shè)。深圳政府投資建造的兩臺(tái)將于2019年年底投入運(yùn)營，其中一臺(tái)將用于模擬高壓環(huán)境，如地核。毛河光，美國華盛頓特區(qū)卡內(nèi)基科學(xué)研究所的地球物理學(xué)家，熱切盼望著用其模擬高壓狀態(tài)下物質(zhì)的變化?！爸袊⒘阎凶釉粗械膬x器對(duì)地球、環(huán)境和能源科技，以及物理、化學(xué)、材料科學(xué)而言將是極為有價(jià)值的，” 毛河光說?！拔曳浅＜?dòng)，整個(gè)中子研究界也非常激動(dòng)?！?/p>

（本文原載于微信公眾號(hào)“Nature自然科研”， 原標(biāo)題：中國啟用下一代中子科學(xué)設(shè)施，中子研究界表示很激動(dòng)。澎湃新聞經(jīng)授權(quán)后轉(zhuǎn)載，未經(jīng)允許不得二次轉(zhuǎn)載。）