中国散裂中子源工程

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  中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有力手段。自1895年X射线被伦琴发现以来,因X射线及其应用领域中的研究而获得的诺贝尔物理学奖就有7项,化学奖有5项,医学奖有2项,X射线的应用覆盖了与人类生活息息相关的各个领域。

  自查德威克1932年发现中子后,中子及中子散射的应用进一步加深了人们对物质微观结构的认识。与X射线不同,中子不带电、具有磁矩、穿透性强,能分辨轻元素、同位素和近邻元素,且有对样品的非破坏性的特点,不仅可探索物质静态微观结构,还能研究其动力学机制。利用中子散射第一次直接测定了反铁磁结构的自然存在,验证了法国科学家奈尔反铁磁相互作用的猜想,帮助他荣获1970年诺贝尔物理学奖。沙尔和布罗克豪斯分别利用中子散射研究磁结晶学及晶格动力学而获得了1994年的诺贝尔物理学奖。目前,中子散射技术在生物、生命、医药等研究领域发挥着X射线无法取代的作用,散裂中子源与同步辐射光源互为补充,已经成为基础科学研究和新材料研发的最重要平台之一。同时,中子散射在磁性凝聚态物理、纳米材料、高强度高性能塑料、蛋白质和生物、高温超导机理、同位素辨识、工业无损深度探伤、污染及废料处理等领域得到了广泛应用。

  中国目前拥有4座高性能的X射线源(北京、安徽合肥、台湾新竹和上海),但尚未有高性能的脉冲中子源。而前述领域的高分辨中子散射测量迫切需要通量高、波段宽的中子源,建造一座高性能的脉冲中子源势在必行。

  与核反应堆中子源相比,散裂中子源具有许多独特的性能:更高的脉冲通量,丰富的高能短波中子,优越的脉冲时间结构,低本底,且不使用核燃料,只产生极少量活化产物。近年来,随着强流加速器技术的发展,百千瓦到兆瓦级束流功率的散裂中子源成为国际公认的新一代高通量、宽波段、高效安全的中子源。