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23亿中国建成首台散裂中子源《新闻》

发布时间:2020-08-12 18:05:06 阅读: 来源:劈裂机厂家

据新华社报道,“十一五”国家重大科技基础设施“中国散裂中子源”已经按期、高质量完成全部工程建设任务,并通过中科院组织的工艺鉴定和验收。

这是中国第一台散裂中子源,也是世界第四台,填补了国内脉冲中子应用领域的空白,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。

专家认定,中国散裂中子源性能全部达到或优于国家发改委批复的验收指标,整体设计科学合理,研制设备质量精良,调试速度快于国外水平,靶站最高中子效率达到国际先进水平,设备国产化率也超过90%,显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业技术水平和自主创新能力。

散裂中子源就像一台“超级显微镜”,是研究物质微观结构的“国之重器”,包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站,以及一期三台供中子散射实验用的中子谱仪,是各种高、精、尖设备组成的整体,用于研究物质微观结构,在材料科学和技术、生命科学、物理学、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景。

我国散裂中子源于2011年9月开工建设,总投资约23亿元。2017年8月,中国散裂中子源首次打靶成功并获得中子束流,11月达到打靶束流功率的验收指标。

2018年春节期间,加速器运行稳定,束流功率和连续运行时间均创调束以来的新高,首期三台中子谱仪,即通用粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪,都顺利完成样品实验。通用粉末衍射仪已经完成了两个高水平的用户实验。

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。

当一个中等能量的质子打到重核(钨、汞等元素)之后会导致重核的不稳定而“蒸发”出20-30个中子,这样重核“裂开”并向各个方向“发散”出相当多的中子,大大提高了中子的产生效率,按这种原理工作的装置称为散裂中子源。

中国迄今单项投资规模最大的国家重大科技基础设施——中国散裂中子源(CSNS)将在2018年迎来验收,目前该装置3台谱仪的首批实验计划对外公布,实验覆盖若干前沿交叉和高科技研发领域。

散裂中子源的出现突破了反应堆中子源中子通量的极限。当快速粒子如高能质子轰击重原子核时,一些中子被“剥离”,或被轰击出来,在核反应中被称为散裂。散裂反应和裂变反应的不同点是:它不释放那么高的能量,但它可以将一个原子核打成几块,可能是三块,也可能是四块,这个过程中会产生中子、质子、介子、中微子等产物,对开展核物理前沿课题研究和应用研究非常有用,且所产生的中子还会在相临的靶核上继续通过核反应产生中子——即核外级联。一个质子在后靶大概可以产生20到30个中子,这是散裂中子源的基本条件。

20世纪80年代起,质子加速器驱动的散裂中子源,逐渐地进入实际应用阶段。其原理比较简单,用中能强流质子加速器,产生1GeV左右的中能质子(束功率为兆瓦量级)轰击重元素靶(如铅、钨或者铀、钍重靶),在靶中产生散裂反应,具有高有效中子通量、无放射性核废料等特征。

散裂中子源的特点是在比较小的体积内可产生比较高的中子通量,每个中子能量沉积比反应堆低4-8倍 单位体积的中子强度比裂变堆高4-8倍 可用较低功率产生与高通量堆相当或更高的平均中子通量。要达到1×1015/cm2.s 的平均中子通量,散裂源需5兆瓦束功率,而高通量堆则需60兆瓦热功率。散裂中子源的脉冲特性是由加速器所决定的,因此它的脉冲化对于中子通量并不造成损失,如果配上飞行时间技术,可以具有很高的时间分辨性能,对于开展材料和生命科学中,包括一些中子核物理,一些动态特性的研究极为关键。散裂中子源能提供的中子能谱更加宽广,它可以提供从电子伏特,到几百兆电子伏特宽广能区的中子,大大地扩展了中子科学研究的范围,拓深了中子科学研究的领域。发达国家正把建设高性能散裂中子源作为提高科技创新能力的重要措施。

在其他重要应用领域,如中子活化分析、中子掺杂生产半导体器件、中子辐照育种、中子探伤、中子照相、中子测井等等,广泛地服务于像国家安全、资源勘测、环境监测、农业增产等等领域都产生了不可估量的社会效应。

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