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【大国重器零距离】“超级显微镜”如何探索微观世界?

来源:光明网2024-05-07 16:57

  在广东省东莞松山湖,一项国之重器正在静静地探索着微观世界的奥秘。它就是中国散裂中子源(CSNS),被誉为“超级显微镜”的科学装置,这台脉冲型散裂中子源是中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源。

【大国重器零距离】“超级显微镜”如何探索微观世界?

  中国散裂中子源占地400亩,规模庞大,相当于40个足球场的大小。这个科学巨兽由一台强流负氢离子直线加速器、一台快循环质子同步加速器、一个靶站以及20台中子谱仪等先进设施构成,它们共同协作,为科学家们提供了前所未有的研究能力。

【大国重器零距离】“超级显微镜”如何探索微观世界?

  在这里,质子被加速器推动到接近光速,然后像子弹一样轰击重金属靶。在这个过程中,金属靶的原子核会被撞击出质子和中子。科学家们随后通过特殊装置“收集”这些中子,以此开展各种实验,深入探索物质的内部结构。

【大国重器零距离】“超级显微镜”如何探索微观世界?

  与传统光学显微镜只能观察物质表面不同,中子源可以穿透物质内部,用中子作为“光线”去探测物体内部原子分子的结构分布和运动状态。因此,它被誉为“超级显微镜”,原则上可以探测任何我们看不见的物质。

  自一期工程完成以来,中国散裂中子源已完成11轮开放运行,每年运行时间超过5000小时,其开放时长和运行效率均处于国际同类装置的领先水平。这台“超级显微镜”不仅在材料基础研究上发挥着重要作用,还在大部件的无损检测等领域进行了重要研究,为国内的很多重大战略需求提供了重要支持。

【大国重器零距离】“超级显微镜”如何探索微观世界?

  例如,在高铁车轮的无损检测中,中子源技术展现了其独特的优势。高铁车轮在高速运行过程中,对车轮内部的形应变要求极高。长期运行过程中,应变的积累可能会对车轮的使用寿命和安全性造成严重影响。然而,传统手段无法探测车轮内部的微观结构和机理。而利用中子源技术,科学家们可以对正在服役的高铁车轮内部的微观结构进行详细检测,从而为提升国产高铁车轮的寿命和性能提供重要的第一手数据。

  目前,中国散裂中子源的二期工程正在紧锣密鼓地建设中。未来,随着更多中子谱仪的投入使用,这台“超级显微镜”将在更多领域发挥其强大的探测能力,为科学家们揭示更多微观世界的神秘面纱。

监制:战钊

策划|撰稿:宋雅娟

记者|拍摄:张梦凡

制作:亢北望(实习)

[ 责编:肖春芳 ]
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