“高能非弹谱仪”已就位！中国散裂中子源补全一块拼图

11月12日，由中山大学与中国散裂中子源合作建设的高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪，正式揭牌。

国家需要的“5号线”，已就位！

高能非弹谱仪，填补的是我国中高能非弹性中子散射的空白，正是国家需要的事。

中子，一种肉眼无法分辨的粒子，却是极重要的科研工具。在医院拍X光片，我们可以获知身体的状况，从而对症下药。而中子可以给大块金属、合金拍片，它能够跟物质中的原子核碰撞，是一个具有极强穿透能力的“超级显微镜”，能够对材料做无损、微观的研究，是前沿科学研究的利器。

中国散裂中子源，这一举国瞩目的大科学装置，正是在此背景下，于2018年建设成功。从中子源发散出去，一共设计了20条谱仪线路，他们就像“超级显微镜”的不同镜头，满足不同的科研需求，然而因为技术难度大，建设成本高，首期建设的三台谱仪不包括非弹性中子散射谱仪。

‍▲中国散裂中子源中心‍

“非弹性中子散射谱仪是通过测量物质的自旋波和声子谱等动力学性质研究构成物质的原子之间微观相互作用的专门仪器设备，是美国、英国、日本散裂中子源上最重要的一类谱仪。”中山大学物理学院中子科学与技术中心主任王猛说，“以前，中国科研人员不得不去国外开展研究，研究时间和内容受到很大的约束。”

以服务国家战略为己任的中山大学，从2017年起，就在积极推动与中国散裂中子源合作建设高能非弹性中子散射谱仪。2019年，历经多轮论证，双方签署合作协议，启动谱仪建设。

今天，走进位于东莞的中国散裂中子源，5号线“高能非弹谱仪”已就位。

▲5号位的高能直接几何非弹性谱仪模型

▲高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪外貌

攻坚克难，他们打破了“不可能”

前途光明，然而道路曲折，“高能非弹谱仪”的建设过程同样如此。

在“高能非弹谱仪”的揭幕仪式上，中国科学院院士、中山大学校长高松说：“在过去的四年里，散裂中子源科学中心谱仪建设团队和学校物理学院等相关团队克服了疫情的影响，突破了斩波器、散射腔、探测器等一系列关键技术，攻坚克难，落实谱仪建设任务。”

谱仪建设期间突发疫情，很多部件在国内外不同企业、研究单位的研发和加工建造，受到很大影响。更重要的是，谱仪的关键技术被国外封锁，需要自主攻关，在散裂中子源科学中心建设团队的共同努力下，突破了一个个技术难关。

中山大学物理学院中子科学与技术中心副主任、副教授刘新智用一个小细节描述了建设难度：“中子撞击样品后，就像在水桶中点亮一只灯泡，粒子向四周发散，最后被桶壁的探测器监测到。为了降低误差，需要在样品周围安装径向准直器，为中子提供笔直的通路。这要求材料能够不停地接受辐射，但自身不向外散射粒子。这种辐射吸收材料往往呈粉末状，传统的做法是把粉末涂到布或者金属片上加以固定，但使用的粘合剂往往又会带入新的散射源，造成新的实验误差。”

对于一项极端精密的仪器而言，需要克服一切外界干扰。刘新智说：“我们所做的努力，是为了降低本底，这是非常有收益的一件事情，但也是最难的一件事情。”

▲谱仪联合建设团队成员代表合影

高能非弹谱仪的建设开辟了新的市场，带动了国内高科技企业的发展。重达30多吨、内部高真空的异形散射仓，就是在合肥科学岛上生产制造的。谱仪的部件几乎都是非标品，国内厂家从未生产过。通过参与高能非弹谱仪的建设，许多科技企业的能力得到了提升。“做好了这一件事情，下面就可以做更多的事情。”王猛说，大科学装置“沿途下蛋”，推动科技成果转化应用。

费米斩波器是非弹性中子谱仪上的关键部件，其内部是一片片细小的硅片，需要通过一分钟36000转的高速旋转过滤中子束，对制造工艺的要求非常高。硅片内部哪怕有一点点应力，高速旋转下都会直接破碎，而且还会打碎其他的硅片。

谱仪建设团队和企业合作设计建设出了国产高透射率、低泄漏率的费米斩波器，基本满足了设备调试的需求。

中国散裂中子源副研究员任清勇说：“这些挑战对于国内科研人员和企业都是全新的事情，没有人做出来过，只能不停地解决问题。”

高能非弹谱仪建成后，将为大湾区乃至全国、全世界中子科学研究者提供交流平台，为凝聚态物理、材料科学等领域提供新的研究手段，对于新材料开发和机理研究具有重要意义。

中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳在揭幕仪式上说：“接下来，我们和中大双方将尽快完成谱仪的调试，早日投入正式运行，充分发挥谱仪的优势，加强交流合作，推动开放共享，一起努力产出重要的科学成果，为相关学科的基础前沿和应用研究提供一个国际先进的研究平台。