中國建成首台散裂中子源 鎢為項目靶站關鍵材料

據中國新聞網消息，建設於廣東東莞的國家重大科技基礎設施——中國散裂中子源已按期、高品質完成了全部工程建設任務，並於25日通過中國科學院組織的工藝鑒定和驗收。這是中國首台、世界第四台脈衝型散裂中子源，它的建成填補了國內脈衝中子應用領域的空白，為我國材料科學技術、生命科學、資源環境、新能源等方面的基礎研究和高新技術開發提供了強有力的研究手段。

什麼是中子？據瞭解，原子核是由帶正電的質子和不帶電的中子構成的。由於中子不帶電，具有磁矩，且穿透性強，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，具有非破壞性，這些特性使得中子散射成為研究物質結構和動力學性質的理想探針之一。

中國散裂中子源由中國科學院高能物理研究所承建，於2011年9月開工建設，總投資約23億元，主要建設內容包括一台直線加速器、一台快迴圈同步加速器、一個靶站，以及一期三台供中子散射實驗用的中子譜儀，是各種高、精、尖設備組成的整體。這其中，靶站的主材為鎢。

靶站是散裂源中將加速器系統輸出的高能質子束打靶產生的散裂中子經慢化准直轉化為可開展散射實驗的中子束的裝置。靶站由靶體、反射體、慢化體、冷卻裝置和遮罩體構成。中子靶站的靶體材料就是鎢，這是中子靶站乃至整個CSNS 設施的核心元件，散裂中子源通過質子撞擊鎢靶產生中子。

靶體可選材料有鉭、鉛、鈾、鎢等。其中，鉛的原子密度和中子產額太低；鈾雖然中子產額非常高，但是在散裂環境下它還會發生裂變反應，裂變反應會增加緩發中子的數量，從而增大中子的本底，不利於中子束的控制，而且鈾的輻照損傷非常明顯，造成鈾靶的使用壽命很低；鉭的導熱性較差，同時輻照後的活性較大。與其它材料相比，鎢具有熔點高、熱導好、中子產額高、活性低等優點，所以中國散裂中子源專案最終採用鎢靶體。

中子散射技術有多重要？據瞭解，中子散射技術可以應用在很多基礎學科，如凝聚體物理學（固體和液體）、化學、生物工程、生命科學、材料科學等領域，可用於治療癌症難，製造新納米材料，檢測飛機發動機安全性能。

例如：中子散射技術把質子加速到相當於0.9倍光速的速度，轟擊原子係數很高的鎢靶，撞擊出質子和中子，再透過特殊裝置“收集”中子，即可成為“超級顯微鏡”探索物質微觀結構，可以研究DNA、結晶材料、聚合物等物質的微觀結構，如觀測1滴水從植物根部輸送到枝葉的過程，又或者生命體中細胞的形成過程等。

還有，運用高通量中子能穿透一切金屬體的特質，深入金屬內部瞭解材料變化的機理，可用於檢測觀察飛機、高速列車內部的金屬強度、抗疲勞、抗氫化、抗腐蝕、形變等問題，美國波音飛機花費上百萬美元在發動機裝脈衝中子源譜儀，當發動機運轉時，即時測定機件的疲勞過程，並據以研究改進。

也因此，中子散射技術研究的重要性不言而喻，所以國家才會花費如此多的資金和人力去建設這個專案。據瞭解，中國散裂中子源通過自主創新和集成創新，在加速器、靶站、譜儀方面取得了一系列重大技術成果。設備國產化率超過90%，性能全部達到驗收指標，裝置整體設計科學合理，研製設備品質精良，鎢靶站最高中子效率達到國際先進水準。

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