助推粤港澳大湾区国际科技创新

科技
  • 光明日报
  • 2019-06-27 08:53

在距离香港1个多小时车程的广东东莞,一片郁郁葱葱的荔枝林里,坐落着我国迄今为止单项投资规模最大的大科学工程——中国散裂中子源。这项“国之重器”由中国科学院和广东省共同建设,2018年8月23日,总投资23亿元、经过10余年的筹备和6年半的建设,中国散裂中子源项目终于顺利通过由国家发展和改革委员会委托中国科学院组织的国家验收,投入正式运行。它填补了国内脉冲中子应用领域的空白,使得我国成为继英、美、日之后世界上第四个拥有散裂中子源的国家。中国散裂中子源在材料科学和技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景,将对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。

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“太方便了,就像在自家门口。”从事材料研究的香港大学副教授黄明欣和自己的博士生一起到广东东莞中国散裂中子源(以下简称CSNS),利用两天时间做了一项有关高强度钢结构性能的实验,拿到了完整的数据。黄明欣告诉记者,他所研究的高强钢是汽车应用的研究重点。它既需要轻量化,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。而要是在以前,他只能向日本散裂中子源申请机时,设计好实验步骤,然后把材料寄到日本。现在,近在咫尺的东莞有了CSNS,这对黄明欣来说方便了太多。可见,作为国家大科学工程,CSNS的建成,为粤港澳大湾区的科学研究和技术进步搭建了世界一流的平台。

散裂中子源装置就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针。中子和光一样,具有波粒二象性,既有波的性质,可以反射、折射、衍射、吸收;也具有粒子的性质,可以弹射、散射等。中子由于不带电,不易受到带电质子和电子的阻碍,能比其他探测方式更为轻松地穿透物质。

中科院院士陈和生说,中子束打到样品上,大多数会不受任何阻碍穿过样品,但有些中子会与研究对象的原子核发生相互作用,其运动方向也会发生改变,向四周散射。“我们测量中子散射的轨迹及其能量和动量的变化,就可以精确地反推出物质的微观结构和动态。”对于散射的一个形象比喻是:假设我们面前有一张看不见的网,我们不断地扔出很多玻璃弹珠,弹珠有的穿网而过,有的则打在网上,弹向不同的角度。如果把这些弹珠的运动轨迹记录下来,就能大致推测出网的形状;如果弹珠发得够多、够密、够强,就能把这张网精确地描绘出来,甚至推断其材质。

“散裂中子源在探测氢氧锂等方面有天然优势。”中科院高能所东莞分部副主任梁天骄说,在能源材料领域,氢动力汽车无疑比汽油车更加节能环保。如何实现氢的稳定储存?科学家希望提高氢的存储密度便于携带。最简单的办法是给氢气加压,但加高压就容易带来安全问题。为此,科学家用一种金属—有机框架材料,把氢气吸进去,等用的时候再把氢气释放出来。利用散裂中子源实验就可以帮助科学家了解氢存贮在材料的什么位置,在什么情况下氢可以很好地释放出来。 目前,大幅度提高锂电池的性能是电动汽车推广的关键,而散裂中子源就是研究锂电池的利器。科研人员可以将锂电池连同模拟充放电过程的设备放入中子散射谱仪,实时地原位测量在几百次充放电的过程中,锂电池各个部分微观结构的变化,构建结构—性能关系,为改进和优化锂电池的设计提供关键数据。

“自去年秋天CSNS正式运行以来,我们全面推进装置的开放共享,吸引了国内外大量的科研与工业用户开展实验研究,助推了粤港澳大湾区国际科技创新中心的建设。”中科院高能物理所东莞分部主任陈延伟说。


来源:光明日报

作者:雷爱侠 吴春燕

编辑:leilei

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