“開工”半載，散裂中子源交出成績單

去年夏天，我國首台散裂中子源正式通過國家驗收並對用户開放。這一佔地400畝、坐落在廣東東莞的大科學裝置，目前已結束首輪運行。

據“科學網”3月12日消息，利用一期建設完成的3台譜儀，散裂中子源已經完成了來自超導材料、鋰電池、高性能材料等多個領域的用户課題，不少研究成果相繼在學術期刊上發表。

中國首台散裂中子源主裝置區 圖丨中國科學院

除了完成來自用户的課題，園區一線的科研人員還要負責把這個“大傢伙”的狀態調整到最佳，併為中國散裂中子源培養好各個領域的用户。

研究新材料 中子顯身手

自散裂中子源建成以來，第一篇用户實驗科學成果文章，實驗數據產生於通用粉末衍射儀團隊。

“我們其實是末端設備”，中科院物理所研究員、散裂中子源通用粉末衍射儀（GPPD）系統負責人何倫華告訴《中國科學報》記者，語氣十分謙虛：“其他團隊這麼辛苦地提供高質量的中子，我們一定要用好，這樣才能對得起大家。”

來自北京大學的研究者與通用粉末衍射儀團隊合作，利用中子在晶體物質中的衍射效應，將束流打到晶體粉末樣品上，對一種含有鎳、錳、鈷三種過渡金屬的鋰電池正極材料進行了精確的結構分析，確定了材料中一種普遍存在的影響充放電性能的結構缺陷。

與已經投入使用多年的美國國家標準與技術研究院BT1中子衍射儀相比，散裂中子源的通用粉末衍射儀性能也毫不遜色，用起來十分“順手”。“我們的設備信噪比很低，誤差很小，因此獲得的數據質量很高。”何倫華表示。

中國首台散裂中子源主裝置 圖丨科技日報

為何這項實驗一定要通過中子衍射譜儀才能實現？這與中子本身的特點有關。

何倫華告訴記者，“新能源、電池材料等方面的研究，最適合用中子源來做”，因為與X射線相比，中子對物質中的輕元素更敏感。加之中子本身不帶電荷，穿透力極強等優勢，中子源成為科學家探尋物質最基本結構的利器。

除了通用粉末衍射儀，散裂中子源一期建成的譜儀還有小角散射儀和多功能反射儀。2018年首次正式對用户開放以來，散裂中子源已完成40項用户課題，涵蓋超導材料、新型儲氫材料等多個領域的研究。

重用户體驗 做好“翻譯官”

目前，散裂中子源的第二輪開放運行已經啓動，計劃在2019年上半年安排20餘個用户開展實驗。建設一台裝置，源源不斷地產生“聽話”的中子，其實是一件非常困難的事情。除了中國，目前世界上擁有中子源裝置的只有英國、美國和日本。

而這樣的大科學裝置，如果沒有合適的用户來使用，其價值也不能充分發揮出來。

“好鋼要用在刀刃上”，中科院高能物理所研究員、散裂中子源數據分析系統負責人張俊榮表示。

為大科學裝置培養用户也成了工作的一部分。最初，在與高校、研究機構交流的過程中，張俊榮與同事發現，許多用户不知道能用散裂中子源做什麼。

介紹同領域研究者的實驗經驗、瞭解潛在用户的研究目標……經過一系列努力，散裂中子源的用户需求也逐漸增長起來。

在今年第二輪開放運行申請時，散裂中子源共收到76個課題項目。“與先前開放申請時接到的課題數量相比，增速非常快，而且大部分是國內用户，就像是見證一點弱小的火苗逐漸旺盛起來。”何倫華表示。

而面對來自不同領域的用户，張俊榮和同事會不斷地遇到新問題，思考如何解決不同的研究需求。

有一回，來自超導材料領域的研究者發現通過中子源獲得的實驗數據與預期不一致，張俊榮等人排查後發現，是實驗材料本身的特殊性質導致了數據異常，便根據樣品特性做了專門處理。

這些“意料之外”，讓裝置得以進一步優化。

談及散裂中子源的數據分析，張俊榮笑説：“我們就是做‘翻譯’的”。

研究者想通過中子源獲取實驗數據，並不是直接將中子束打到樣品上那麼簡單。測量出的數據其實非常原始，需要轉化成有效數據後有選擇性地提取。

對一些經驗相對缺乏的“初級”用户來説，張俊榮等人還需要幫他們找出哪些數據需要提取、可為研究所用。

要想從“小白”變“資深”用户，張俊榮表示進步的訣竅是多多溝通：“懂得提取自己想要的數據，用户一定要知道散裂中子源的性能指標如何，能不能解決自己的問題。”

步履不停歇 再啓新徵程

如今散裂中子源能順利投入使用，服務用户，其實是眾多駐守一線的工作團隊日日夜夜、加班加點拼出來的。

散裂中子源的工作原理是給質子加速，讓其撞擊金屬鎢靶，從而產生中子。但要實現這一目的，需要加速器、靶站、慢化器和譜儀等不同團隊通力合作。只要有一環出了問題，其他團隊的工作就無法進行。

2014年，加速器隧道基建延期，為了保證竣工日期不延後，工程經理部決定隧道修繕和通用設備的安裝同時進行。

就在這個節骨眼兒，直線射頻團隊又發現從美國進口的4根速調管出現故障需要返回美國廠家維修。沒有速調管，直線加速器就無法得到足夠的微波功率，後續調試工作也無法進行。

為了保證工程整體竣工時間“後牆不倒”，接下來的三年半，直線射頻團隊頂住巨大壓力，爭時間搶進度，幾乎成了園區裏的“隱形人”——除了開會、吃飯，其他時間都待在直線設備樓裏調設備、排故障。

團隊負責人、中科院高能物理所研究員李健告訴記者，在高壓設備反覆調試的日子裏，自己“血壓習慣性地跟着電壓飆升”，特別怕聽見微信、手機響，一旦設備報警出現問題，即便是三更半夜，都要立刻趕往現場。工程項目一路走來，直線射頻團隊經歷了努力-失敗-再努力的過程，最終盼來了成功驗收的一天。

回想準備驗收調試的那幾年，確保散裂中子源順利運行的責任壓在了各個團隊和課題組身上，通宵工作、聯軸值班是家常便飯。

如今散裂中子源已經正式投入使用，這些科研人員的使命還在繼續。

未來，散裂中子源二期建設開展，更多譜儀有望投入使用，中子源的打靶束流功率還要升級……這個“超級顯微鏡”的用途會越來越廣泛，效率也會越來越高。

“我們不是建設完了就走了”，中科院高能物理研究所東莞分部副主任金大鵬表示，中國散裂中子源的使命是“築巢引鳳”，吸引粵港澳大灣區乃至全世界的用户來合作，為建設科創中心提供支撐。