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工作人員在調試直線加速器有關設備。（中科院高能所供圖）工作人員正在調試直線加速器的相關設備。(中科院高能所供圖)
靶站核心。在這里，接近光速的質子束轟擊重金屬靶，產生中子。（中科院高能所供圖）目標站核心。在這里，一束接近光速的質子轟擊一個重金屬靶，產生中子。(中科院高能所供圖)
譜儀實驗大廳局部。中子產生後，經過慢化，通過中子通道被引入譜儀。不同顏色的譜儀，有不同的用途。（中科院高能所供圖）光譜實驗大廳的一部分。中子產生後，被減速，通過中子通道引入譜儀。不同顏色的光譜儀有不同的用途。(中科院高能所供圖)
中國散裂中子源的環設備樓，快循環質子同步加速器位於此。 （中科院高能所供圖）中國散裂中子源環形設備樓，快循環質子同步加速器就在這里。(中科院高能所供圖)
東莞市大朗鎮松山湖科學城。
以前是荔枝林，現在是中子廠。
中國散裂中子源(CSNS)是中國單次投資最大的科學項目。它的建成使中國成為繼英、美、日之後世界上第四個擁有脈沖散裂中子源的國家。
不久前，中國二期散裂中子源項目組織了可行性研究報告審查。明年上半年，二期工程有望開工建設。
散裂中子源是什麼，為什麼被稱為「國之重器」？
中國科學院高能物理研究所(以下簡稱中科院高能所)副所長、東觀研究部主任陳彥偉打了個比方:「簡單地說，散裂中子源就是一台‘超級顯微鏡’，它的中子就像是‘探針’，可以清晰地探測到物質的內部結構。」
陳彥偉介紹，作為當今人類深度探索微觀世界的有力工具，散裂中子源廣泛應用於新材料研發、關鍵部件性能測試等熱點領域為材料科學與技術、物理、化學、生命科學、新能源等基礎研究和應用研究提供了先進的科研平台。對於滿足國家重大戰略需求，解決前沿科學諸多領域的瓶頸具有重要意義。
設備發展達到國際先進水平，核心設備國產化率達到90%以上。
中子，構成原子核的基本粒子之一。
中子有許多特性。它不帶電，但有磁矩，可以幫助我們研究磁結構。穿透力強，無破壞性。可原位研究大型工程構件的殘餘應力和金屬疲勞，為高端製造保駕護航。它對生命科學和能源領域中極其重要的元素敏感，如碳、氫、氧、氮等。它與原子核相互作用，可以區分同位素…
「這些特性決定了中子在微觀研究領域的不可替代性。中科院高能所東莞研究部副主任、散裂中子源科學中心副主任金大鵬告訴記者。
研究物質的微觀結構需要大量的中子，這就需要能夠安全高效產生中子的散裂中子源。
中國的散裂中子源主要由三部分組成:兩台加速器，包括一台負氫離子直線加速器和一台快循環質子同步加速器；1個目標站；台中多光子光譜儀。此外，還有相應的配套設施。
陳彥偉介紹了它的工作原理:將質子加速到16億電子伏特，利用速度等於0.92倍光速的質子束作為「子彈」，轟擊高原子序數的重金屬靶。質子和中子被撞出靶核，科學家通過特殊裝置「收集」中子，進行各種實驗。
我國建設散裂中子源的提出，始於上世紀90年代末我國高能物理髮展戰略的研究。自此，中國散裂中子源被列入國家科學儀器建設「十一五」規劃。2006年，中國散裂中子源位於廣東東莞。
2011年，中國散裂中子源開始正式建造。2017年8月，撞擊第一個質子靶，成功獲得中子束；2018年3月，正式完工；2018年8月，正式通過國家驗收，投入運營。
散裂中子源裝置龐大，設備部件眾多，工藝複雜。「要建造散裂中子源，很多技術需要從零開始探索。六年半就能完成，離不開關鍵核心技術的突破。」金大鵬介紹。
用於快循環質子同步加速器的25 Hz交流磁體是國內首次研制的。在開發期間，我們遇到了難以想像的技術問題。
以及如何解決這些體驗之外的新問題？科研人員和合作單位共同攻關，最終靠自己的力量研制出合格的磁體。研究人員還創新性地提出了諧振電源的諧波補償方法，解決了多塊磁鐵之間磁場同步的問題。
挑戰接踵而至-
高功率靶用的是鎢，但是鎢不耐侵蝕，需要鍍一層鉭。如何讓鉭足夠薄，提高鉭和鎢的結合力？
在-253攝氏度的低溫下工作的液氫慢化劑的焊接是極其困難的薄壁焊接。如何保證可靠性？
我國散裂中子源的建設過程也是一個自主攻關、掌握關鍵技術的過程。金大鵬介紹，25 Hz交流磁體、高功率靶、液氫慢化劑、中子探測器等多項關鍵核心技術。有所突破，這也對其他領域的發展產生了一定的影響。
我國散裂中子源設備的批量生產已在全國近百家合作單位完成。通過自主創新和集成創新，多項裝備研發達到國際先進水平，核心裝備國產化率達到90%以上，不僅大幅降低了裝備成本，還提升了國內相關產業的技術水平和製造能力。
以金大鵬為例:由於技術水平高，產品質量好，我國散裂中子源靶件製造商成功中標世界第五個脈沖散裂中子源——歐洲散裂中子源的靶件。
研發的技術突破有望為腫瘤治療帶來重要的技術革新。
加速器隧道位於地下17米，里面排列著各種顏色的複雜設備，連接著各種管道。
研究人員使用氫氣產生負氫離子，並在線性加速器中加速。當它們的能量達到8000萬電子伏特時，它們將「疾馳」到環形快循環質子同步加速器中。
一秒鐘內，有25波負氫離子。在這里，負氫離子會被轉化為質子，通過不斷的「沖」和反復加速，能量增加到16億電子伏，速度提高到0.92倍光速。接近光速的質子束被引出去轟擊鎢靶，從而產生中子。
在加速器關鍵技術的研發過程中，也產生了一些新的技術成果，衍生出具體的應用，開花結果。
隨著我國散裂中子源射頻四極加速器技術的突破，2020年8月，科研人員成功研制出我國首台具有完全自主知識產權的加速器硼中子俘獲治療(BNCT)實驗裝置，可用於癌症治療研究。這為我國整個醫用BNCT裝置的國產化和產業化奠定了技術基礎，有望為腫瘤治療帶來重要的技術創新。第一台臨床設備已經安裝在醫院里。預計2023年5月完成安裝調試。
中國散裂中子源正式投入運行並向國內外科學家、工程技術人員和工業企業開放後，科學儀器的綜合效應日益顯現。
「中國散裂中子源在多個領域開展了重大創新研究，包括測試深海潛水器等大型工程構件的殘餘應力和服役性能等。，為國家急需的許多高性能結構材料提供了關鍵技術平台。在磁性材料、奈米功能材料、高效催化劑、自旋電子學、有機太陽能薄膜電池、金屬玻璃、高分子聚合物、生物大分子等國際前沿科學技術研究方面也取得了一大批成果。陳彥偉說。
什麼是殘餘應力？是指材料、構件在加工和使用過程中產生的應力，可能導致工程構件變形甚至失效。
深海潛水器的外殼是用鈦合金焊接的。當你下潛到海底一萬米的時候，焊接的可靠性對於承受海水的巨大壓力非常重要。
「我們對其焊接模擬器進行了測試，以了解不同焊接工藝的殘餘應力參數，為殼體壽命預測和焊接工藝選擇提供了關鍵數據支持。金大鵬表示，未來高鐵的車輪等大型高速工程構件也需要散裂中子源來驗證其殘餘應力參數。
作為粵港澳大灣區首個重大科技基礎設施，中國散裂中子源的建成為國內科技工作者帶來了「利器」，尤其為港澳科學家帶來了前所未有的便利。
香港大學黃明信教授團隊研發的超強超韌「超級鋼」，就是通過中國的散裂中子源分析其成分和結構，驗證相關研究成果。
為前沿科學研究和國家重大需求提供先進的研究平台。
橙色、紫色、藍色、淺藍色、淺綠色
中子產生後，被減速，通過中子通道引入譜儀。
“中子與光譜儀中樣品材料的原子核相互作用，導致散射、衍射和透射. “金大鵬解釋說，中子就像是被派去探索信息的偵察兵。我們可以根據它進去時的角度和能量以及出來時的角度和能量來研究樣品測量後的結構和動力學。
微探針，中國散裂中子源，為材料科學與技術、物理、化學與化學工程、生命科學、新能源等基礎研究和應用研究提供有力支撐。目前，中國散裂中子源已完成8輪開放運行，全球註冊用戶超過3900家，完成項目超過800個。
隨著國家戰略部署的推進、新興產業的發展和國際前沿研究的需要，我國散裂中子源用戶數量迅速增加，申請使用裝置的受試者數量迅速增加。
中國散裂中子源面臨「升級」。其實一期工程設計已經預留了升級的空間空。根據國家「十五」計劃，中國散裂中子源二期工程即將開工。
「中國散裂中子源共規劃了20個中子通道，可以建造22台中子譜儀。金大鵬告訴記者，目前共有5台光譜儀投入運行，其中一期工程由國家投資建設的3台光譜儀，以及與高校和科研機構合作建設的2台用戶光譜儀。另有6台不同類型的合作光譜儀正在建設調試中，其中4台預計將於今年年底投入使用，以滿足更多用戶的不同需求。
不同的光譜儀有不同的用途。
綠色通用粉末衍射儀主要用於研究物體的晶體結構和磁結構，現在也用於測試小零件的殘餘應力。
剛剛投入使用的大氣中子輻照譜儀，吸引了國內眾多高科技企業送來自己的產品進行檢測。研究人員利用高通量中子加速電子元器件出現問題的過程，從而促進工藝迭代，保證電子元器件和系統性能的高可靠性。
將於今年年底投入使用的工程材料應力衍射儀，可以在不損傷樣品的情況下，研究高鐵車輪、航空空航空發動機葉片等設備的殘餘應力和金屬疲勞數據。一方面可以為改進工藝提供參考，另一方面也可以評估能保證安全性和經濟性的部件的使用里程和時間。
金大鵬介紹，目前投入使用的光譜儀大多是萬能光譜儀。圍繞國家重大戰略部署和新興產業需求，專門規劃了一批新型光譜儀。光譜儀正在建設中，還有一個專門用於新能源電池的研究。
二期工程完成後，我國散裂中子源的譜儀數量將增加到20台，覆蓋用戶的所有研究領域。同時，加速器的目標束流功率將從目前的140千瓦提高到500千瓦。這意味著可以同時產生更多的中子，不僅可以有效縮短實驗時間，還可以使實驗分辨率更高。
「新的譜儀和實驗終端建成後，中國散裂中子源的設備研究能力將大大提高，實驗精度和速度也將大大提高。它可以測量更小的樣本，研究更快的動態過程，為前沿科學研究、國家重大需求和國民經濟發展提供更先進的研究平台。陳彥偉說。
設備介紹:
中國散裂中子源(CSNS)是中國第一個，世界第四個。是國際前沿基礎研究和國家發展戰略跨學科研究的大型平台。我國散裂中子源的成功建造，填補了我國脈沖中子源及其應用領域的空白，技術和綜合性能進入國際同類裝置先進行列，顯著提升了我國在相關領域的技術水平和自主創新能力，做到了強流中子加速器和中子散射領域的重大跨越，為材料科學、生命科學、資源環境、新能源等領域的基礎研究和高技術研發提供了有力支撐。