2020年02月26日 星期三

两轮开放运行获多项成果 散裂中子源完成课题101项

来源:东莞时间网 2019-07-23 09:11:49 记者:杨圣沛

■2018年8月23日,国家重大科技基础设施中国散裂中子源在东莞顺利通过国家验收,投入正式运行。图为漂移管直线加速器   记者 蓝业佐 摄

“散裂中子源已圆满完成前两轮运行,共完成用户课题101个。”日前,在散裂中子源靶站谱仪大厅,中科院高能物理研究所东莞分部副主任金大鹏向记者表示,目前已有多篇用户实验成果论文发表。“国之重器”中国散裂中子源开放运行取得丰硕成果。而自散裂中子源首轮正式开放运行以来,负责散裂中子源软件系统和数据分析的科研人员,以及团队的工作人员已然没有了节假日的概念。

虽然散裂中子源已进入调整状态,但谱仪大厅里仍十分热闹,工作人员正在检修设备。据了解,散裂中子源将在3台谱仪的基础上,建设更多的谱仪,加速器的打靶功率也将在年内提升至80kW。据专家预测,散裂中子源第三轮开放运行申报的课题数量会有较大的增幅,审核通过的课题数量也会有所增加。

用户申请踊跃

机时供不应求

从事材料研究的香港大学副教授黄明欣离不开实验。而他的高强度钢结构性能实验就是散裂中子源申请通过的课题之一。他所研究的高强钢是汽车应用的重点,既需要轻量化,又要提升汽车安全性。黄明欣团队成为CSNS通用粉末衍射仪的首位香港用户,借此,他们获得了高强钢在不同组织结构及不同变形条件下的重要微观参数信息。

过去,黄明欣要进行类似的实验,只能到日本散裂中子源申请实验机,而且自己不能参与实验,只能由对方做好实验后,把数据传过来,处处受限。黄明欣说:“现在方便了,在家门口就能享受世界最先进的实验装置。 ”

“散裂中子源目前已开放两轮运行,用户申请非常踊跃,机时供不应求,共完成用户课题101个,其中来自香港地区以及国外的用户课题11个,目前已有9篇用户实验成果论文发表或接收。”金大鹏告诉记者,课题覆盖了新型储氢材料、锂离子电池、太阳能电池薄膜、芯片的单粒子效应等众多领域。同时,散裂中子源也开展了航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等的初步研究。

值得一提的是,中子对轻原子敏感度高的特点,使它在锂电池等的研究中大显身手。散裂中子源发表的第一篇用户实验研究成果论文就是有关锂电池的,由北京大学深圳研究生院、散裂中子源通用粉末衍射谱仪等相关课题组共同完成。这项研究在锂离子电池正极材料结构特性和形成机理方面取得重要进展。

对比美国、英国、日本这些国家散裂中子源的成果进展,我国散裂中子源科研成果的出炉堪称“中国速度”。目前,散裂中子源已开始征集第三轮运行用户课题申请。据专家预测,申报的课题数量会有较大的增幅,审核通过的课题数量也会有所增加。

建设更多谱仪

拓展研究应用

“中国散裂中子源有20个谱仪孔道,一期仅建设了3台谱仪(分别是通用粉末衍射仪、多功能反射仪、小角散射仪),但仅有的三台谱仪只能满足这些谱仪对应研究领域50%左右用户的实验需求,还有许多重要领域急需建设相应的谱仪。”金大鹏介绍,整个装置预留了20条谱仪孔道,预计在“十四五”之后的几年,20条谱仪孔道将全部建成。装置的研究领域将极大扩展,包括大尺寸工程部件和特殊环境等。

自散裂中子源通过国家验收、进入正式运行阶段以来,装置运行稳定可靠高效。加速器质子束流打靶功率从10kW提高到50kW,累计打靶供束时间达到4055小时,供束效率接近92%,其间还按计划开展了机器研究,为进一步提高束流功率和运行效率打下了坚实基础。

中国散裂中子源国家验收委员会专家认为,中国散裂中子源通过自主创新和集成创新,在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果,显著提升了我国在高功率散裂靶、磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。例如,国内首次研制成功25Hz交流谐振励磁的大型磁铁、中子靶站等。

金大鹏介绍,散裂中子源输出的中子束流性能优良,靶站运行持续、高效且稳定,中子供束效率优于99.6%。“今年,散裂中子源的打靶功率计划提升至80kW,研究的速度和质量将进一步提升。”金大鹏说。

为大湾区发展

提供智力支撑

在散裂中子源建设进展的同时,与其形成互补的南方光源项目也正谋划推进,东莞市已与中国科学院高能物理研究所签订了合作协议,并启动了预研及平台建设。“散裂中子源支撑的学科研究和应用领域众多,与大型光源互补,形成集群,将发挥更加重要的、独特的作用。”金大鹏告诉记者。

此外,松山湖材料实验室一期项目已经动工,明年6月建筑主体结构将完成;中子科学城成功上升为省级发展平台,目前已初步完成发展规划,正与深圳加强对接,力争与深圳光明科学城联动发展,积极参与共建综合性国家科学中心。

随着大科学装置的入驻及建设,中子科学城区域的人才聚集效应也越发显现。依托散裂中子源等大科学装置,吸引了陈和生院士、王恩哥院士、汪卫华院士、赵忠贤院士等多名顶尖人才前来创新创业,并培养出约400人的中子应用、谱仪设计等方面的顶尖人才。随着华为终端研发人才的进驻,中子科学城的优质工程师队伍将不断增加,人才集聚要素非常明显,为区域创新驱动发展提供源源不断的智力支撑。记者 杨圣沛/文  

责任编辑:王良济

关键词: 散裂中子源
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