“超級顯微鏡”——中國散裂中子源

出品：科普中國

作者：數(shù)字世界

監(jiān)制：中國科普博覽

人類對宇宙的探索，既著眼于宏大的太空，也聚焦于微觀的世界，于是太空望遠鏡和光學顯微鏡得以發(fā)明。一花一世界，一葉一菩提，物質(zhì)世界的秘密太多，但如果連顯微鏡都看不清，我們又該如何撥開微觀世界的云霧呢？

“超級顯微鏡”——中國散裂中子源或許能給我們答案。

“超級顯微鏡”——中國散裂中子源

中國散裂中子源（CSNS）是中國首臺，世界第4臺脈沖型散裂中子源，是國家“十一五”期間重點建設的重大科技基礎設施項目，是國際前沿的高科技、多學科應用的大型研究平臺。

中國散裂中子源

（圖片來源：中國散裂中子源工程）

雖然，中國散裂中子源是繼英國、美國和日本之后，世界上第四臺散裂中子源，但是我國散裂中子源的功率卻是英國的4倍，技術指標和綜合性能進入國際同類裝置先進行列，也意味著中國科學界對微觀世界的進一步深入探索又增添了一個“利器”。

脈沖型散裂中子源，簡單點來說，它就像一臺“超級顯微鏡”，能在不對物質(zhì)造成破壞的前提下“看穿”材料的微觀結(jié)構(gòu)。一個最直接的應用就是可以探明材料的“內(nèi)傷”，在研究中子特性能力方面自然也杠杠的。

中國散裂中子源的靶站譜儀的靶心

（圖片來源：中國散裂中子源工程）

我們都知道，在這個世界上有很多用肉眼觀察不到的事物，所以后來基于對世界進一步探索的需求，科學家們發(fā)明了光學顯微鏡，接著又發(fā)明了分辨率更高，能夠觀察到更小細胞和病毒的電子顯微鏡。

在脈沖型散裂中子源發(fā)明之前，人們都習慣于用這兩種顯微鏡去觀察研究細菌、細胞等這些用肉眼不可能直接觀察到的微觀世界。

而脈沖型散裂中子源的能力比顯微鏡又更上一層，通過它觀察到的世界也更微觀，甚至能夠絕對清晰地觀察到植物根部的一滴水是如何通過動作一點一點地運輸?shù)街θ~上的。

脈沖型散裂中子源如何工作？

那脈沖型散裂中子源，為什么能這么細微地探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運動呢？

其實中子是一種完全不帶電荷的粒子，它不是利用X光進行同步輻射的。

每當物質(zhì)的原子核和中子發(fā)生相互作用的時候，并不是所有的中子都能夠從中間直接穿過，還有些中子在打算穿過原子核時會被彈飛，出現(xiàn)方向偏離的情況。

這時脈沖型散裂中子源的譜儀就會發(fā)揮作用，及時捕捉到飛行軌跡，然后再反推出原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，方便科研人員進行研究。

比如科學家在做水下可燃冰研究的時候，因為深水下的壓力太大，需要用很厚的容器壁，其中的氮、碳、氫等輕元素又相對不易捕捉，而能從中穿過，并且對這些輕元素敏感，可以讓可燃冰結(jié)構(gòu)清楚分辨出的就只有脈沖型散裂中子源了。

如今，我國脈沖型散裂中子源這種技術已經(jīng)運用到了檢測高鐵飛機的安全性和治療癌癥等各方面。

除此之外，在如航空發(fā)動機、深海潛水器、高鐵輪軸系統(tǒng)等大型工程部件殘余應力和服役性能檢測，以及半導體芯片、新能源鋰電與儲氫材料等材料檢測上都有很大的作用。

截至目前，中國散裂中子源已經(jīng)在基礎科學研究和國家重大需求領域取得了一大批重要成果，國內(nèi)外注冊用戶已超過3400人。

期待這臺超級顯微鏡更多的成果！