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揭秘丨中国散裂中子源项目为何落户东莞大朗?(中子研究装置建设科学)

萌界大人物 2024-10-23 22:03:37 0

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3月25日,坐落于东莞松山湖片区的中国散裂中子源通过了中国科学院组织的工艺鉴定和验收,这意味着,中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源正式建成,填补了国内脉冲中子应用领域的空白,将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强有力的研究手段,对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题具有重要意义。

作为这一国家重大科技基础设施项目的领军人,陈和生院士所作出的开创性贡献,也得到了社会各界的充分认可。

2018年初,由中国科学院和中央电视台共同发起,联合科技部、教育部、中国工程院等共8大部委共同主办的《科技盛典——中央电视台2017年度科技创新人物颁奖典礼》上,中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生获颁“2017年度科技创新人物”。

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(图片来自网络侵删)

而在项目的所在地,2018年2月27日,广东东莞召开深化创新驱动、推进高质量发展工作会议上,扎根东莞10年推动散裂中子源建设的陈和生获颁东莞市科学技术奖特殊贡献奖。

这座城市,用这一至高荣誉,表达了对以陈和生为代表的科学家的最高敬意与认可。

院士心头最为骄傲的科技明珠

2006年2月,坐标广州,由广东省发改委举行的一场研讨会正在此举行。
陈和生与时任广东省发改委的领导在交流中谈到,中国散裂中子源正在寻找合适的建设地点。
说者无心,听者有意,省发改委有关负责人随即向时任广东省主要领导汇报,希望争取把中国散裂中子源项目带到广东,促进珠三角科学研究的发展,推动一些大型科研项目的实施。

当年3月,广东省和中国科学院的主要领导在深入对接后认为,可以把散裂中子源在珠三角找个地方落户。
仅仅两个月后,中科院团队便先后前往广东省发改委推荐的三个地方——珠海、广州萝岗和东莞进行实地考察。

“综合各方面的条件,我们认为东莞最为合适。
但东莞最初推荐的地点在松山湖,但受制于地基不合适及发展空间制约。
” 陈和生说,经过多番考察比较,中国散裂中子源项目最终选择在大朗镇水平村。

2011年10月,总投资23亿元人民币的中国散裂中子源装置终于在广东东莞奠基,结束了我国南方地区无国家大科学装置的历史。

中国散裂中子源奠基时,陈和生担就担任工程指挥部总指挥和工程经理。
不久,他从兢兢业业干了13年的中科院高能所所长职务上卸任,专心一意地领导中国散裂中子源工程的建设。

2018年的春节,陈和生又一次没有回到北京的家过节,而是选择与100多位同事一起,坚守在东莞中子源项目的现场。

长期与陈和生在散裂中子源共同工作的中科院高能所副所长陈延伟说,为了散裂中子源的建设,陈和生不辞劳苦,他和许多同事一起,参与异地建设,基本上东莞已经是他第二个家了在东莞连续几年都是一年呆了300多天,“这是时间的奉献,更是敬业的奉献“。

事实上,2006年陈和生就最早来东莞考察,带队来东莞选址建设。
从项目筹备、动工建设,到首次打靶成功,再到如今工程建设完成,成功打靶,项目通过验收项目通过工艺鉴定验收,陈和生见证了中国散裂中子源的所有重大节点。

“现在,陈院士要负责项目的对外交流和内部管理学科建设与未来发展规划,在由于时差的关系国外参加学术会议期间,经常要克服两地时差在深夜工作。
昨天陈院士在西班牙,晚上还用视频和我们交流工作。
这种奉献拼搏精神让我们感动。
“陈延伟说。

“我把东莞已经当成了自己的第二个家。
”陈和生说,他已记不清在这里度过了多少个不眠之夜,闯过了多少工程建设的难关,每前进一步都充满挑战和创新。

2017年8月,中国散裂中子源顺利实现第一束质子打靶产生了第一束中子,调试速度远超过国际上其他散裂中子源,证明设计科学,设备研制质量优良,安装调试水平高。
11月,在加速器、靶站和谱仪首轮联合调试中,实现了25Hz束流打靶运行,平均束流功率超过10kW,提前达到打靶束流功率的验收指标。
这在工程建设过程中具有重大里程碑意义。

陈和生透露,作为国家大科学装置,散裂中子源装置不仅造价高,而且技术复杂,是各种高、精、尖设备组成的整体。
项目从2006年起开展了一系列关键技术的预制研究工作,攻克了众多技术难题。
各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成,许多设备的研制达到国内外先进水平,设备国产化率达到90%以上,有力地促进了我国相关领域高技术的发展,就连国外专家都为项目建设水平拍手称好。

2017年12月中旬,中国散裂中子源举行国际顾问委员会年度会议,到场的外国专家感叹中国散裂中子源工程建设的“中国速度”“难以想象你们在短短的一年完成了如此大量的工作!
”一名外国专家直感慨。

作为项目总指挥,为确保每个环节高质量完成并运行,陈和生依旧每天事无巨细为散裂中子源工程操着心,眼见这里从一片郁郁葱葱的荔枝林,建设成为群山环抱的现代化科技园区,散裂中子源也渐渐成为他心头最为骄傲的科技明珠。

在松山湖偶遇世界级科学家将不是新鲜事

从北京来到东莞,除了十年磨一剑建成眼前这座全球领先的散裂中子源园区,同样让陈和生觉得欣慰的是,过去10年,中科院高能物理研究所东莞分部培养出一支年轻加速器和中子散射研究和应用队伍,近400名科研工程人员平均年龄不到35岁 。
他说很羡慕年轻人,赶上了中国科学技术发展的黄金时代,在实现中国梦的征程中能够大有可为、大有作为。

同样的,这些年轻人对陈和生的巨大贡献和奉献精神也看在眼里,记在心里。

散裂中子源屏蔽体系统负责人殷雯,是位70后研究员,在建设散裂中子源的过程中,殷雯与陈和生有较多的合作。

她回忆说,陈院士对屏蔽系统的关键部件的工艺评审和验收,包括对样机等设备的验收都全程参加,非常的认真,投入了大量的精力,尤其对核心的参数,更是事无巨细认真了解。
她非常钦佩陈和生多年来一直非常认真、严谨的工作态度。

“老一辈科学家热心报国的精神,特别值得我们学习。
可以说是不计个人得失的在奉献。
”她说,“我们在安装中子导管过程中,陈院士对技术细节的了解询问十分细致。
中子导管目前是进口的,陈院士虽然已年过七旬,依然对中子导管的国产化特别热心,这让我感觉非常感动。

生于1980年的张俊荣,负责散裂中子源的软件系统和数据分析。
三四十岁正当年的他,说起陈和生,第一反应就是特别有干劲,不断学习,不仅在散裂中子源的内部工作事无巨细地付出了很多,在外部不遗余力为散裂中子源项目代言,做了很多推广工作。

“陈院士在一个领域,已经取得很高成就,又在另一个领域不断学习研究,又特别了解这个领域。
我的工作在软件系统和数据分析领域,陈院士不是这个专业的,虽然已年过七旬,日常工作繁多,但现在他对我的工作和产业发展趋势非常了解,让我感到十分钦佩。
相反,我们要从陈院士身上,了解整个领域的大方向,让他带领我们向前走。
”他说。

2017年11月,全球顶尖科学杂志《自然》专门针对中国散裂中子源项目做了一期发布。
该发布认为,中国正在激活下一代散裂中子源,并将很快在那里开展实验。
这个新设施使中国成为拥有强中子束来研究物质结构的少数国家之一。

中国散裂中子源的建成,让国内越来越多的顶级物理学家,材料学家以及他们全球合作伙伴得以在多个物理和工程领域参与全球顶尖领域的创新竞争。

“这不仅是中国科学家的重要一步,对全球科学家也同样意义重大。
有许多刚起步和职业中期的科学家们正急于用这台仪器来研究磁力。

参与设施规划的香港城市大学物理学家王循理认为这一最新设施能够鼓励中国研究者选择待在国内,而非去其他地方工作。
“从前经常看到中国科学家出国去做类似的研究。
”他说。

陈和生表示,中国散裂中子源蓄势待发,将为诸多学科前沿领域的研究提供最先进的大科学研究平台,并为解决国家若干重要高新技术研发的瓶颈问题提供强大的研究工具。

中国散裂中子源首批建设的谱仪也在不断加强对国际创新人才的吸引力。

德国材料科学家Frank Klose表示,中国散裂中子源是他和同为材料科学家的妻子Christine Rehm决定加入刚建好的广东理工大学以色列理工学院的一个重要原因,该学校位于汕头,东莞往东400公里。

Klose的主要研究方向是设计数据存储设备和用于氢动力汽车的传感器。
他曾帮助设计设施中一台用于研究自旋电子器件磁性能的仪器,该仪器利用电子自旋来存储数据。

“中国散裂中子源中的仪器对地球、环境和能源科技,以及物理、化学、材料科学而言将是极为有价值的。
”美国华盛顿特区卡内基科学研究所的地球物理学家毛河光说 “我非常激动,整个中子研究界也非常激动。

“长期在东莞工作、生活,可以说我目睹了十年来东莞科技创新的飞速发展和城市日新月异的变化,也让我爱上了东莞这个地方。
”针对《自然》发布中,有科学家担心,东莞的配套设施是否能够吸引足够多顶尖的科学家长期驻扎在此做科学研究时,陈和生表示,这个观点他并不认同。

“10多年前,我来到松山湖时,这里大部分地方都是工地。
现在再看看东莞、看看松山湖,各类产业园项目、高校、知名企业与当时不可同日而语。
而且,中国散裂中子源作为地球上的第四个中子源项目,是非常稀缺的大科学装置资源,可以说是世界上很多科学研究机构,包括基础研究和应用研究都是等着排队来与项目对接开展合作。
“陈和生认为,若干年后,在东莞的松山湖畔,偶遇一些世界级的科学家将不再是一个很意外的事情,依托中国散裂中子源,东莞将吸引一批高端人才长期驻扎在此。

顶尖创新资源承载力会更上一层楼

中国散裂中子源(CSNS)是我国迄今为止单项投资额最大的科学装置,也是发展中国家拥有的第一台散裂中子源。
散裂中子源支撑的学科研究和应用领域众多,是目前国际上公认的、与大型光源互补,却发挥着其无法取代作用的新一代科学研究和先进材料研发的主流大科学装置。
中国散裂中子源的成功建设,将为香港和澳门地区诸多学科的中子散射研究和应用提供重大发展机遇。

散裂中子源落户东莞后,港澳地区的许多大学“近水楼台先得月”,已经开始吸引中子散射研究和应用的人才,建设相关的学科。

香港城市大学和香港科技大学的主要领导先后访问了散裂中子源项目,讨论合作。
香港城市大学与散裂中子源和东莞理工学院合作,正在建设多物理谱仪。

中国科学院和香港裘槎基金从2015年开始支持散裂中子源和香港城市大学建立中子散射联合实验室,加速推动新增谱仪和其他中子散射交叉学科应用型装置的建设。
中国散裂中子源的总体目标是建设我国在相关基础科学和高技术领域的具备原始创新能力的团队,促进我国科技、工业和国防等方面技术的大力发展,至2030年,带领我国中子散射技术的研究和应用科学界全面进入世界先进行列。

陈和生表示, 散裂中子源的建成恰逢“大科学装置的盛世”,装置将肩负发展中国中子散射研究和应用的重任,及担当国家科技产业创新中心的核心装置重托。
中国散裂中子源落户珠三角,也是看中珠三角地区的产业发展优势,未来该项目也必将推动粤港澳大湾区的建设与发展,打造国家创新发展的重要引擎。

“十年前,项目建设之初,正是东莞产业转型升级开始的时候,这么多年过去,我亲身感受到了东莞科技创新、产业转型的巨大成就,看到了一批高科技企业、众多科研机构在东莞聚集、壮大。

陈和生表示,未来,东莞对顶尖的科技创新资源的承载力会更上一层楼,吸引聚集资源的步伐也会进一步加快。

譬如,散裂中子源在东莞建成,正为东莞乃至珠三角的高校、科研院所,包括东莞理工在内,吸引着很多相关领域的人才,东莞材料科学与技术广东省实验室已获广东省委省政府授牌。

企业层面,中国散裂中子源已经和东阳光药业签订了研究硼中子俘获治疗项目的合作协议。

“相信在广深科技创新走廊建设背景下,东莞的科技创新、转型升级一定会取得瞩目的成就。
”陈和生坚定地说道。

小知识|散裂中子源能做什么

看穿材料微观结构

在材料学、生命科学等领域,科学家们一直希望有一种高亮度的“中子源”,能拍摄材料的微观结构。
散裂中子源就是一台这样的超级显微镜,通过和样品发生相互作用,研究样品的“DNA”,即晶体材料、聚合物等微观结构。

检查材料“内伤”

很多材料在加工或者生产时会受力,这个力存在于材料中,这就是残余应力。
因为肉眼看不到,就需要通过实验来检测材料受“内伤”的程度。
通过散裂中子源的实验,研究人员便可知道所检测的样品中有多少残余应力,还可通过模拟实验,得知材料所能承受的极限应力,预知材料的寿命。

定向“爆破”癌细胞

治疗癌症,是中子与硼—10相遇后带来的“福利”。
这种治疗方法被称为“硼中子俘获治疗”。
治疗过程类似一场细胞级别的定向爆破。
首先,硼—10药物会“潜伏”进癌细胞,接着,中子让硼—10变成一个小炸弹,把癌细胞炸死,而不损伤附近的正常细胞。
对于中国散裂中子源来说,癌症治疗装置开发还只是散裂中子源技术推广的一小步。

散裂中子源助力东莞建设中子科学城

党的十九大报告强调,要“瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破”。
无论是基础性科研平台载体,还是重大核心技术,近年来东莞都接连迎来重大突破,实现了质的飞跃。

以中国散裂中子源为依托,东莞正规划建设中子科学城,同时引入同步辐射光源等装置,筹谋承接更广泛基础研究、应用基础研究和高技术产业化,将建设成为珠三角大装置集群核心,国家级科技创新策源地以及广深科创走廊联合创新、开放创新、集成创新中心。
未来将吸引一大批科技人才汇聚东莞。
目前,该项目已经成功入选为广深科技创新走廊省级创新节点之一。

对标国际建设中子科学城

中国是继英、美、日之后全球第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。
散裂中子源被称为“超级显微镜”,科学家能借此在原子、分子的尺度上“看见”各种物质的微观结构和运动规律,这对于材料科学和技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境和新能源等领域的研究意义重大。

作为国家大科学装置,中国散裂中子源建成后,将充分发挥一期三台谱仪在材料科学、生命科学、凝聚态物理和化学等领域的作用,为广大用户提供国际先进的研究平台。
“目前,科研人员正在加班加点,这个清明节也放弃休假,加紧进行机器测试,一部分谱仪已经开始工作。
”陈延伟说。

为了充分发挥大科学装置的作用,满足中子散射研究和应用用户迫切需求,中国散裂中子源力争尽快达到设计指标,实现稳定运行。
在装置通过验收后尽快启动二期工程立项,开始后续谱仪建设,进一步提升束流功率。

另外,为吸引更多科技基础设施项目落户,东莞市同中科院高能所正在进行新的大科学装置的前期筹备和预研工作,今后,东莞力争形成大科学装置集群。

陈延伟说,散裂中子源将积极配合中子科学城的建设。
大科学装置集群是一个发展方向,光源和散裂中子源是互补性的,两者的配合可以产生1+1大于2的效果,这在国际上已经有成功的范例。

目前,英国散裂中子源已成功运行超过25年,获得大量成果。
目前正将质子加速器束流功率从160千瓦提高到240千瓦,其第二靶站也已于2009年建成运行,有27台谱仪对用户开放,每年用户逾2000人,并与Diamond光源共同构成高科技园区的核心。

美国散裂中子源造价14亿美元,设计束流功率1.4兆瓦,目前稳定运行在900千瓦,是世界最亮的脉冲中子源,2006年产生中子,其18台谱仪对用户开放,5台在建,3台正在建议中,还依托散裂中子源建立纳米材料科学中心。

眼下,随着这一大科学装置投入使用,东莞规划建设中子科学城,谋求借力散裂中子源加速创新驱动发展的思路也逐步清晰。

“这是借鉴国际通用的依托大科学装置建设前沿科学研发及产业化平台的经验。
“东莞市委书记梁维东强调,中子科学城要对标全球先进地区的科学城,高标准、高规格建设。

据悉,东莞中子科学城的规划范围共53.3平方公里,战略目标明确为建成综合性国家科学中心,并被赋予“世界级重大科技基础设施集群”和“国家级科技创新策源地”等具体定位。
针对前一定位,东莞计划将再引入一批前瞻性、创新型和关联性大科学装置。
其中,同步辐射光源(南方光源)项目正在对接,极端材料环境设施(暂拟名)的建设也已被列入计划。

梁维东认为,由此将产生“一加一大于二”的效果,对发挥中子科学城综合效应,吸引更多优质创新资源和创新型人才聚集有着重要作用。

据官方测算,散裂中子源运行后将常年有约600名世界各地的科学家在此开展科研,中子科学城最终目标是聚集8-10万名全球各领域科研人才。
这将有效补齐东莞科技创新能力不足的短板。

在陈和生看来,国家将散裂中子源布局在东莞,一大用意是增强南方省份的科研创新能力,尤其是让其能与珠三角地区的经济进一步紧密结合。
这种创新能力的提升,除将加速传统制造业转型升级外,更为重要的还是将推动东莞在高端前沿科技产业上的布局与发展。
当前,东莞提出要打造新的优势产业,并将新能源、人工智能和生物医药等列为重点。

探索世界一流实验室

东莞此番布局中,材料科学与技术广东省实验室是核心之一。
该实验室由中科院牵头,将围绕前述三大大科学装置,并联合国内外在材料科学领域具有优势的高校院所共同打造,定位为具有国际重大影响的一流创新高地、高端人才汇聚地、产业技术创新策源地。

该实验室同时也是首批4家广东省实验室之一。
2017年12月,广东宣布启动首批省实验室建设,除上述实验室外,还包括广州再生医学与健康广东省实验室、深圳网络空间科学与技术广东省实验室和佛山先进制造科学与技术广东省实验室,均布局在省内经济强市。

梁维东强调,东莞要高规格推动这一实验室成为国家材料科技创新的战略力量和世界一流的材料科学与技术研究机构,培育带动新材料产业发展。
为此,东莞在中子科学城核心区域为其安排了1000亩土地,其中首期约400亩,资金投入方面,初步经费预算超过50亿元。

该实验室将瞄准前沿新材料探索、材料科学重大关键问题和瓶颈技术等,重点开展人工智能材料、先进制造材料、生命材料和第三代半导体材料等材料科学的前沿基础研究、应用基础研究和应用开发研究。
了解到,目前中山大学、华南理工大学、香港科技大学、香港大学等10多家高校院所均表示将参与该实验室的建设。

【文】郝金朋 宋文博

【来源】松山湖人才参考杂志

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