（一線調(diào)研）

(資料圖)

直徑只有原子的十萬分之一，質(zhì)量為1.6749286 ×10-27千克，平均壽命為896秒……

這是中子，原子核包含的兩種粒子之一，算得上“微不足道”。

然而，正是這般“微不足道”的中子，“落在”廣東的“制造業(yè)之都”東莞，扎根巍峨山下、松山湖邊，4年多來，“散裂”出科研的“龐然密林”：

500多人的“科研天團(tuán)”、800多項研究課題、3800多名注冊用戶來了；一批高校院所、實驗室、研發(fā)機(jī)構(gòu)、青創(chuàng)基地接茬落戶，一群群教授、研究員甚至院士常常在不經(jīng)意間和尋常“老莞”擦肩而過；松山湖科學(xué)城和深圳光明科學(xué)城一道被納入大灣區(qū)綜合性國家科學(xué)中心先行啟動區(qū)……

一切變化，還要從一群人和一個大科學(xué)裝置——中國散裂中子源說起。

磁 吸

小小中子，看不見、摸不著，卻吸引一流科研機(jī)構(gòu)、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施紛紛前來，對海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應(yīng)日益顯現(xiàn)

現(xiàn)任中國科學(xué)院高能物理研究所所務(wù)委員、東莞研究部副主任王生，就是這群人中的一個。

2017年6月，他和中科院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生，高能所副所長、東莞研究部主任陳延偉，一起接待了來調(diào)研的時任中科院副院長王恩哥。彼時，距離中國散裂中子源首次打靶成功、獲得中子束流還有兩個多月。

說起散裂中子源的用處，陳和生有一段比喻：“散裂中子源就像‘超級顯微鏡’，是研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的理想探針，為我國材料科技、物理、化學(xué)化工、生命科學(xué)、資源環(huán)境和新能源等領(lǐng)域的研究提供了一個技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的科研平臺。”

這其中的材料科技，就是王恩哥的專業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)年底，在王恩哥發(fā)起推動下，廣東首批4家省實驗室之一的松山湖材料實驗室啟動建設(shè)，并于次年4月注冊成立，選址就在距離散裂中子源數(shù)公里開外。至今，實驗室已聚集600多名科研人員，引進(jìn)創(chuàng)新樣板工廠團(tuán)隊25個，注冊成立38家產(chǎn)業(yè)化公司，注冊資本超過3億元。

小小中子，看不見、摸不著，甚至不帶電，竟有如此強(qiáng)的“磁吸力”？

對此，王生科普道，中子和X射線一樣，都是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的強(qiáng)有力工具，但與后者主要和原子核外電子發(fā)生作用不同，中子是與原子核作用，即“遇見”原子核時發(fā)生散射或反射，通過分析中子的飛行軌跡，反推出原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行科學(xué)研究，“因此，在‘透視’材料微觀結(jié)構(gòu)和性能，研發(fā)新型前沿材料上，散裂中子源有不可替代的作用。”

為國家探索前沿科學(xué)問題、攻克產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，這是王生和同事們不遠(yuǎn)千里從北京來到廣東，花6年半時間建設(shè)大科學(xué)裝置的初心。

其實，我國早在本世紀(jì)初就開始謀劃建設(shè)散裂中子源，最終確定由中科院和廣東省共同建設(shè)，落地東莞松山湖。如今，中國首臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源，總投資約23.5億元，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，裝置整體設(shè)計先進(jìn)，研制設(shè)備質(zhì)量精良，靶站最高中子效率和3臺譜儀綜合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。

這臺投資規(guī)模巨大的“國之重器”，結(jié)束了珠三角地區(qū)沒有國家大科學(xué)裝置的歷史。“中國散裂中子源在東莞的成功建設(shè)，展示了廣東省引進(jìn)大科學(xué)裝置、推動科技創(chuàng)新的決心和成就，吸引了國內(nèi)許多一流的科研機(jī)構(gòu)落戶廣東，共同建設(shè)大科學(xué)裝置。”陳和生感慨。

中國散裂中子源規(guī)劃建設(shè)時，還沒有“粵港澳大灣區(qū)”的概念。“落地東莞是富有遠(yuǎn)見的決定，有利于優(yōu)化中國大科學(xué)裝置的布局，把基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的雄厚實力、珠三角地區(qū)強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)實力，以及對科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求結(jié)合起來。”東莞市委副書記、松山湖高新區(qū)黨工委書記劉煒說，中國散裂中子源的磁吸效應(yīng)對海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應(yīng)日益顯現(xiàn)。

香港大學(xué)教授黃明欣長期從事材料研究，過去他需要向國外的散裂中子源申請機(jī)時，設(shè)計好實驗步驟，把材料寄到國外，做好實驗之后，再傳回數(shù)據(jù)。2018年8月，中國散裂中子源正式投入運行。“在自家門口做實驗，太方便了。”當(dāng)時，具有廣泛應(yīng)用前景的“超級鋼”正進(jìn)入黃明欣的視野。利用中國散裂中子源的通用粉末衍射儀，他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)度高而且韌性好的“超級鋼”微觀機(jī)制，為改進(jìn)這種鋼的斷裂、韌性和腐蝕性等問題提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

如今，以中國散裂中子源為起點，廣東重大科技基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)了“從0到1”“從1到多”的跨越，江門中微子實驗、惠州的強(qiáng)流重離子加速器和加速器驅(qū)動嬗變研究裝置等一批國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施先后落地建設(shè)，探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、引領(lǐng)技術(shù)變革。

撞 擊

這一撞，不僅“撞”出了中子束流，還“撞擊”著東莞的“世界工廠”城市理念，“撞”出巨大的發(fā)展空間

“你看，散裂中子源裝置主要包括1臺負(fù)氫離子直線加速器、1臺快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、2條束流輸運線、1個靶站，以及一期3臺譜儀。”實驗樓的沙盤模型前，中國散裂中子源研究員李曉挨個介紹不同設(shè)備的名字和用處。

“簡單說，就是用高能質(zhì)子束去撞擊重原子靶。這里面最關(guān)鍵的是加速，跑不快，撞不開，一切都是空談。”李曉說，經(jīng)過直線、循環(huán)加速，質(zhì)子束的速度被提升到0.9倍光速，然后“轟”一下，被撞出來的中子四散飛奔。

整個過程，用時約0.02秒。然而，從北京的中科院高能所大院到東莞山腳邊的第一條中子束流，這條路，科學(xué)家們卻走了十幾年。

王生全程參與了散裂中子源的建設(shè)和運行，“不僅裝置極為龐大，而且部件繁多，工藝極其復(fù)雜。大家為同一個目標(biāo)匯聚在這里，記不清度過了多少個不眠之夜。”

國內(nèi)首次研制快循環(huán)同步加速器的25赫茲交流磁鐵；創(chuàng)新性提出諧振磁鐵電源的諧波補(bǔ)償方法，解決了多臺磁鐵之間的磁場同步問題，效果優(yōu)于國外散裂中子源……一個個技術(shù)挑戰(zhàn)被逐一攻克。

2017年8月，中國散裂中子源首次打靶成功。當(dāng)時，人們可能想不到，這一撞，不僅“撞”出了中子束流，還“撞擊”著東莞作為“世界工廠”的城市理念，為這座城市、廣東，乃至后來的大灣區(qū)，“撞”出巨大的發(fā)展空間。

撞擊而來的中子束流，慢化后通過中子導(dǎo)管引入特定的譜儀，即可開展實驗研究。在一期工程已建成并對外開放3臺譜儀的基礎(chǔ)上，中國散裂中子源還與各高校、研究機(jī)構(gòu)等積極開展合作，共同建設(shè)8臺合作譜儀。“每個譜儀就相當(dāng)于一個實驗站，對應(yīng)不同的實驗領(lǐng)域和方向。”王生解釋。

其中，由東莞理工學(xué)院投資8000萬元，聯(lián)合中國散裂中子源和香港城市大學(xué)建設(shè)的多物理譜儀是國內(nèi)首臺中子全散射譜儀，可用于不同有序度材料的結(jié)構(gòu)研究。自2021年10月正式向全球的科研人員開放以來，香港中文大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、澳門科技大學(xué)等高校的用戶在這里開展多項實驗研究。

從最初不為人所知，到吸引各路“科研天團(tuán)”紛至沓來，對科學(xué)的向往像漣漪般，在這里圈圈蕩開。

從2012年中國散裂中子源土建動工開始，王生每年待在東莞的時間超過300天，早就把這里當(dāng)成了自己的第二個家。以前，他總覺得東莞是個遍地車間的“大工廠”，但隨著周邊聚集起越來越多“學(xué)術(shù)大咖”、科研“大牛”，看著一排排人才公寓、科研院所等鱗次櫛比，他明顯感受到，科學(xué)城的成色愈加鮮明了。

當(dāng)然，作為開放共享的平臺，中國散裂中子源同樣服務(wù)于建造它的中科院高能物理研究所的科學(xué)家，開展相關(guān)學(xué)科的前沿研究。散裂中子源的開放運行也已吸引一些國際一流專家來高能所工作。但王生說，他們自己也要像大家一樣申請機(jī)時。散裂中子源主要服務(wù)于國家戰(zhàn)略需求，為利用這個平臺開展研究的科學(xué)家提供最好的研究條件和科研服務(wù)。2018年以來，中國散裂中子源完成7輪開放運行，科學(xué)產(chǎn)出重點在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等領(lǐng)域，目前已在《科學(xué)》《自然通訊》《先進(jìn)材料》《美國化學(xué)會志》等期刊上發(fā)表文章120余篇。近年來中國中子散射用戶快速增長，今年上半年收到課題474項，同比增長89%，國家重大需求用戶增長較快。

“目前，我們一年開放機(jī)時超過5000小時，運行效率達(dá)到97%，仍然供不應(yīng)求。”王生坦言，現(xiàn)在只有1/3的申請能得到滿足，只能盡量增加開放時間。好消息是，中國散裂中子源正在布局二期工程。屆時中子譜儀總數(shù)將達(dá)20臺，加速器打靶束流功率將從100千瓦提升到500千瓦，研究能力將大幅度提升。

散 裂

中子“扎根”，“散裂”出“龐然密林”，許多創(chuàng)新研究在東莞和大灣區(qū)落地，科學(xué)裝置的建設(shè)也推動當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)迭代升級，“科技創(chuàng)新+先進(jìn)制造”被定義為城市特色

在王生推薦下，記者來到南方醫(yī)科大學(xué)附屬東莞醫(yī)院（東莞市人民醫(yī)院）。一棟新的大樓已經(jīng)封頂，樓體上的藍(lán)色條幅寫著“東莞市人民醫(yī)院硼中子俘獲治療（BNCT）項目治療中心大樓”，緊挨著它，另一棟 “BNCT研究樓”也在施工中。

這是落戶在該院的硼中子俘獲治療項目——中國散裂中子源“散裂”出的一個重大成果，今年底將竣工并安裝第一臺實驗機(jī)。

“項目建成后將立足東莞、輻射大灣區(qū)，為惡性腫瘤等患者提供全新的治療手段，并大力推進(jìn)惡性腫瘤治療和研究領(lǐng)域的發(fā)展。”該院黨委書記蔡立民說。

硼中子俘獲療法開創(chuàng)了攻克惡性腫瘤的新途徑。它利用了含硼藥物進(jìn)入人體后會在癌細(xì)胞中富集，并且能夠俘獲熱中子的特性，通過用熱中子照射，發(fā)生俘獲反應(yīng)產(chǎn)生的約230萬電子伏裂變能，僅作用在約10微米的癌細(xì)胞上，徹底破壞其遺傳鏈結(jié)構(gòu)，使其不能修復(fù)而死亡；同時周圍不含或極少含硼的正常細(xì)胞在中子照射下不受傷害，從而精準(zhǔn)殺傷惡性腫瘤。

放眼國際，硼中子俘獲治療設(shè)備已在日本上市。東莞能突破這一關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控，得益于院地企之間的一次聯(lián)動：2018年東莞市兩會上，中科院高能物理研究所副研究員、后來成為BNCT治療端運行負(fù)責(zé)人的童劍飛提交了一份建議書，報告了陳和生院士團(tuán)隊自主研發(fā)的我國首臺加速器硼中子俘獲治療實驗裝置，并提出有技術(shù)轉(zhuǎn)化的價值。東莞十分重視，經(jīng)過審慎評估，決定在東莞市人民醫(yī)院建設(shè)硼中子俘獲治療項目。

“這不僅是一個造?；颊叩闹委燀椖?，未來在治療規(guī)范、適應(yīng)癥以及硼藥等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究前景廣闊，也將是一個腫瘤相關(guān)人才聚集和團(tuán)隊創(chuàng)新的絕佳科研平臺。”雖然項目真正應(yīng)用到臨床還得再等幾年，但蔡立民已十分憧憬。

自中國散裂中子源投入正式運行以來，來自粵港澳大灣區(qū)的用戶超過1/4，許多創(chuàng)新研究在東莞本地和大灣區(qū)實現(xiàn)了落地。反過來，中國散裂中子源的建設(shè)也離不開各方的配套設(shè)備供應(yīng)，這推動著本地產(chǎn)業(yè)的迭代升級。“我們在有意培養(yǎng)廣東本地的廠商來合作解決問題。為了把裝置的指標(biāo)推到極致，經(jīng)常需要最前沿的技術(shù)。”王生說。

就拿中子衍射譜儀閃爍體探測器來說，乍看只是個其貌不揚(yáng)的金屬盒子，卻是散裂中子源譜儀的關(guān)鍵核心裝備。“它的探測有效面積非常大，在散裂中子源的中子探測領(lǐng)域里，可以提供非常全面、更加多維的信息。”東莞理工學(xué)院科技創(chuàng)新研究院副院長魏亞東說。

過去，中國散裂中子源中子檢測關(guān)鍵設(shè)備依賴國外進(jìn)口。為實現(xiàn)國產(chǎn)化，自2019年5月開始，散裂中子源科學(xué)中心與東莞理工學(xué)院共建了先進(jìn)探測技術(shù)聯(lián)合實驗室，聯(lián)合開展先進(jìn)粒子探測技術(shù)研究。研究團(tuán)隊先后成功突破探測器光纖加工塑形、閃爍屏精密成型和波移光纖端面耦合等一系列關(guān)鍵制造技術(shù)。目前，為散裂中子源量身定制的閃爍體探測器已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并通過中子束流測試，關(guān)鍵性能達(dá)到相關(guān)設(shè)計指標(biāo)，即將安裝到譜儀上。

雖然是定制實驗設(shè)備，不可能給實驗室創(chuàng)造很大的出貨量，但在魏亞東看來，為實現(xiàn)批量自動化生產(chǎn)，實驗室?guī)熒餐邪l(fā)了獨一無二的制造加工設(shè)備，將來可以在中子探測器的工程化和裝備制造的產(chǎn)業(yè)化方面，開拓新的空間。

影響更深遠(yuǎn)的“散裂”，還折射在東莞的城市氣質(zhì)上。陳和生清楚地記得，打靶成功當(dāng)晚，幾個年輕人在餐館用餐，相關(guān)的電視新聞?wù)貌コ?，一個陌生人聽聞他們是中國散裂中子源的科研團(tuán)隊后，臨走時悄悄為他們結(jié)了賬。“雖然是件小事，但能感覺到東莞市民對團(tuán)隊的尊重。”陳和生說。

“源頭創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、企業(yè)培育”，如今，東莞打造了全鏈條創(chuàng)新體系，技術(shù)創(chuàng)新活躍度迅速提升：2021年，全市研發(fā)經(jīng)費支出占GDP的比重達(dá)到3.54％，位居廣東省第二；科技創(chuàng)新綜合競爭力挺進(jìn)全國城市20強(qiáng)……

“科技創(chuàng)新+先進(jìn)制造”被定義為未來5年東莞的城市特色。“東莞將進(jìn)一步加大科技創(chuàng)新賦能力度，與粵港澳大灣區(qū)其他城市錯位發(fā)展，形成最佳拍檔，扎扎實實推進(jìn)自身的高質(zhì)量發(fā)展。”東莞市委書記肖亞非說。

這樣的愿景，離不開王生和同事們的努力，離不開中國散裂中子源等大科學(xué)裝置對科研、產(chǎn)業(yè)乃至城市的持續(xù)磁吸、撞擊、散裂。一個中子與一座城的奇妙反應(yīng)，還在繼續(xù)……

標(biāo)簽： 中國散裂中子源 大科學(xué)裝置