据微信公众号“中科院之声”（ID：zkyzswx）1日消息，8月28日，位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源（CSNS）首次打靶成功，获得中子束流。这是工程建设的重大里程碑，提前实现目标，标志着CSNS主体工程顺利完工，进入试运行阶段。预计2018年春CSNS将按计划全部完工，正式对国内外用户开放。

散裂中子源园区鸟瞰图（图自“中科院之声”）

8月28日上午加速器引出的质子束流首次打向金属钨靶。科研人员在靶站6号和20号中子束线分别测量到从两个不同慢化器输出的中子能谱，散裂中子源顺利获得中子束流。

（图自中青在线）

陈和生院士表示，自2001年2月科学家们在香山会议上提出建设CSNS的设想。中国科学院从2006年起支持了相关关键技术的预研，攻克了诸多技术难题。加速器、靶站和谱仪工艺设备的批量生产在全国近百家合作单位完成，许多设备的研制达到国内外先进水平，设备国产化率达到96%以上。

CSNS建在13米到18米的地下，工程主要建设内容包括1台8千万电子伏特的负氢离子直线加速器、1台16亿电子伏特的快循环质子同步加速器、2条束流运输线、1个靶站、首批建设3台谱仪及相应的配套设施和土建工程。

中国散裂中子源靶心全貌（图自中青在线）

CSNS将是国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台，首批建设的三台谱仪为通用粉末衍射仪、多功能反射仪、小角散射仪。

通用粉末衍射仪主要用于研究物质的晶体结构和磁结构，以满足来自材料科学、纳米科学、凝聚态物理和化学等众多领域的科学研究和工业应用的需求。

质子束流第一次打靶在6号束线测量的中子飞行时间谱（图自“中科院之声”）

多功能反射仪通过分析来自样品的反射中子，研究物质的表面和界面结构，主要应用领域包括各种新型薄膜材料的结构、磁性低维结构及表面磁性、聚合物LB膜及生物膜的结构和界面现象等。

小角散射谱仪用于探测物质体系在1～100纳米尺度内的微观和介观结构，实验应用范围将包含化学、物理、生物、材料和地质等广泛学科，服务于国家能源、环境、生物和新材料等诸多高科技研发领域。

中国散裂中子源直线加速器（图自中青在线）

中国散裂中子源环加速器（图自中青在线）

建成后的CSNS将成为世界第四台脉冲式散裂中子源，在材料科学技术、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，将为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑，为解决国家可持续性发展和国家安全战略需求的许多瓶颈问题提供先进平台，并将成为广东省正在建设产业科创中心的核心单元，为粤港澳大湾区科技发展和产业升级作出重大贡献。

工程建设人员合影（图自“中科院之声”）

CSNS是国家“十一五”期间立项、“十二五”期间重点建设的重大科技基础设施，由中国科学院和广东省共同建设，国家批复投资18.8亿元。CSNS于2011年10月奠基；2014年10月，加速器首台设备——负氢离子源投入安装；2017年7月，快循环同步加速器成功将质子束流加速到设计能量1.6GeV。2017年8月28日， CSNS优质、按期完成了主要建设任务。未来散裂中子源还计划进行二期建设，包括新建谱仪，并将功率从100千瓦升级到500千瓦。

来点科学一问一答：

啥是中子

世界上的物质是由分子和原子构成的，原子就像是原子核和核外电子的微小太阳系，质子和中子构成了原子核。

中子作为组成原子核的基本粒子之一，不带电，因此被称为中子。它是由剑桥大学卡文迪许实验室的英国物理学家詹姆斯·查德威克于1932年发现的。中子对轻的原子核非常敏感，能够精确测得分子结构中的氢原子位置，还能定位“掺杂”在重原子中的其他轻原子。中子的这种特性，使它能够“拍摄”到材料的微观结构，跟踪正在运动中的原子核分子的行为。

啥是中子源

中子源是能够产生中子的装置，进行中子核反应、中子衍射等中子物理实验的必要设备。要用中子研究物质的结构，必须有一个适当的中子源。

最早使用的是放射性同位素中子源，但强度较低，寿命有限。20世纪用于中子核物理研究的主要中子源，是用低能粒子加速器产生的带电粒子束轰击靶而产生的中子，其能量单一、脉冲性好，但中子产生效率较低。反应堆中子源中子通量高，应用最为广泛，但由于反应堆散热技术的限制，使其最大中子通量受到限制。

散裂中子源的出现则突破了反应堆中子源中子通量的极限。

啥是散裂中子源

简单地说，散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具。当一个高能质子打到重原子核上时，一些中子被轰击出来，这个过程被称为散裂反应。被轰击的原子核温度升高，更多的中子就会“沸腾”起来并脱离原子核的束缚。

如果将一个垒球用力投到装满球的筐中，有一些球会立刻蹦出来，而更多的球则会弹跳并翻出筐外，散裂反应与这个过程很相似。每个与原子核相作用的质子能够轰击出20到30个中子。

从上世纪80年代开始发展起来的、基于先进加速器技术的散裂中子源是目前世界上最先进的中子源，它的基本原理是用高能强流质子加速器产生能量在1GeV以上的质子束轰击重元素靶（如钨或铀），在靶中发生散裂反应，产生大量的中子。

这么大装置对环境有辐射吗？

散裂中子源是一台大型射线装置，产生的辐射主要是瞬发性的。只要加速器一停机，辐射场随即消失，同时也不再引起空气、冷却水以及土壤的活化。散裂中子源通常安置在地下隧道内，周围用很厚的钢筋混凝土墙来屏蔽辐射。

在屏蔽外，剂量水平远低于天然宇宙线产生的照射，大约只相当于宇宙射线对人体产生的剂量的1/10，并且只要加速器一停机，这种瞬发辐射随即消失，不再对环境造成影响。

即使工作人员，在工作场所5年所接受的剂量也仅与进行1次X射线胸透所接受的剂量相当。此外，散裂中子源还设计了严格的人身安全联锁系统，确保人身、环境安全。

对中国散裂中子源建设可能带来的环境影响评价结果表明，中国散裂中子源运行时产生的中子、γ射线，以及少量放射性气体的排放，对场址边界外周围公众的年剂量水平大大低于国家标准GB18871规定的，对公众的剂量限值标准1mSv/a，能够保证公众成员的健康与安全。另外，中国散裂中子源运行过程中产生的O3等气体的浓度远远低于国家标准值，不会对周围环境产生不利的影响。

18.8亿元国家投入算多吗？

陈和生说，美国散裂中子源投入14亿美元，中国预计总投入是23亿元人民币（其中国家投入18.8亿元人民币），对比来看并不算多。建成后，中国散裂中子源将成为发展中国家的第一台散裂中子源，跻身世界四大脉冲散裂中子源行列，从而大幅提升中国基础研究和高技术的水平。

当然，之所以相比国外“节省”很多，一个重要原因在于采用国产设备。陈和生说，该项目从2006年起开展了一系列关键技术的预制研究工作，攻克了众多技术难题。加速器、靶站和谱仪工艺设备的批量生产在全国近百家合作单位完成，许多设备的研制在达到国内外先进水平，设备国产化率达到96%以上，“如果从国外进口相关设备，这个投资（国家经费18.8亿元人民币）肯定是不够的”。