8月11日，作為世界四大散裂中子源之一，中國散裂中子源邁出了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用第一步。這一天，中科院高能物理所與東陽光集團(tuán)聯(lián)手，正式開展“硼中子俘獲治療項(xiàng)目”的攻關(guān)。
“這是中國散裂中子源成果轉(zhuǎn)化的開端。”中科院高能物理所所長、中科院院士王貽芳說，按計(jì)劃，今年9月，散裂中子源將會打出第一束中子，明年，整個(gè)工程建設(shè)和項(xiàng)目驗(yàn)收工作將全部完成。
“硼中子俘獲治療項(xiàng)目”簽訂（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
散裂中子源，其作用和顯微鏡、X射線有著異曲同工之妙，它們就像眼睛的延伸，去探索人類用肉眼難見的奇妙復(fù)雜的物質(zhì)微觀世界。
那么散裂中子源師如何發(fā)揮作用呢？
散裂中子源的基本原理
散裂中子源的基本原理，是用高能強(qiáng)流質(zhì)子加速器產(chǎn)生能量1GeV以上的質(zhì)子束，轟擊重元素靶（如鎢或鈾），在靶中發(fā)生散裂反應(yīng)，產(chǎn)生大量的中子。當(dāng)一個(gè)高能質(zhì)子，打到重原子核上時(shí)，一些中子被轟擊出來，這個(gè)過程被稱為散裂反應(yīng)。
散裂反應(yīng)
被轟擊的原子核溫度升高，更多的中子就會"沸騰"起來并脫離原子核的束縛。如果將一個(gè)壘球用力投到裝滿球的筐中，有一些球會立刻蹦出來，而更多的球則會彈跳并翻出筐外，散裂反應(yīng)與這個(gè)過程很相似。每個(gè)與原子核相作用的質(zhì)子能夠轟擊出20到30個(gè)中子。
與散裂反應(yīng)過程相似的投球入筐過程
散裂中子源的特點(diǎn)是在較小的體積內(nèi)可產(chǎn)生較高的脈沖中子通量，能提供的中子能譜更加寬廣，大大擴(kuò)展了中子科學(xué)研究的范圍；它具有高脈沖通量和優(yōu)越的脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)，低本底，且不使用核燃料，只產(chǎn)生極少量活化產(chǎn)物等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
散裂中子源的應(yīng)用
散裂中子源在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，包括化學(xué)、磁學(xué)、超導(dǎo)、結(jié)晶材料、醫(yī)學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都有散裂中子源的應(yīng)用。
例如在化學(xué)方面，中子散射是了解油脂和乳劑（如冰激凌）之類油水化合物基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵；科學(xué)家們試圖利用中子來研究骨骼在發(fā)育過程中是怎樣鈣化的，骨質(zhì)疏松時(shí)骨骼又發(fā)生了怎樣的變化，以及醫(yī)生建議的治療計(jì)劃是否可行；中子散射技術(shù)還可以幫助人們了解牙膏中的化學(xué)添加劑是否真的有助于潔齒。
骨骼在發(fā)育過程中鈣化
而在磁學(xué)和超導(dǎo)方面，由于中子具有磁矩，可以揭示其他任何方法所無法獲取的材料磁性特征的詳細(xì)情況。這些信息對于開發(fā)高密度記錄介質(zhì)，如錄音帶、錄像帶、CD和計(jì)算機(jī)盤至關(guān)重要；
先進(jìn)的散裂中子源能提供足夠多的中子，在材料向超導(dǎo)狀態(tài)過渡時(shí)，幫助科學(xué)家們控制磁性所起的作用，從而有助于了解高溫超導(dǎo)體如何工作，如何能在相對高溫時(shí)保持其超導(dǎo)性。懂得了這一點(diǎn)，就能生產(chǎn)出導(dǎo)電性更好的超導(dǎo)材料，并有可能改善高功率傳輸線和高磁場磁鐵的性能。這些基本信息可應(yīng)用于設(shè)計(jì)高速的電子學(xué)設(shè)備。
高磁場磁鐵
在醫(yī)藥/結(jié)構(gòu)生物學(xué)方面，DNA分子決定了蛋白質(zhì)的合成，中子散射可獲得DNA的形狀和結(jié)構(gòu)，廣泛用于醫(yī)療方面，如醫(yī)治癌癥或艾滋病之類的重癥；
中子散射技術(shù)可研究藥物的結(jié)構(gòu)及與標(biāo)靶結(jié)合的特征，為藥物遴選、改性等提供依據(jù)，加快新藥研制進(jìn)程。
散裂中子源可用于治療癌癥等重癥（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
世界上的脈沖式散裂中子源
英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室的ISIS，從上世紀(jì)八十年代建成一直到2007年，一直是世界上亮度最高的散裂中子源。它利用直線加速器將負(fù)氫離子加速到70MeV，通過剝離注入到快循環(huán)同步加速器，把質(zhì)子進(jìn)一步加速到800MeV后轟擊鎢靶，其脈沖中子通量已高出通量最高的反應(yīng)堆近一個(gè)量級。
英國散裂中子源的快循環(huán)同步加速器
美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室為主的六大核科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室攜手合作建造了一臺第一期設(shè)計(jì)束流功率為1.4MW的散裂中子源SNS。其總投資也高達(dá)14億美元。通過七年多的緊張建設(shè)，于2006年4月28日，產(chǎn)生出第一束中子。至2007年8月，束流功率達(dá)到160kW，超過英國的ISIS。
美國散裂中子源鳥瞰圖
日本原子能研究所與高能加速器研究機(jī)構(gòu)合建的工程總投資約18億美元的強(qiáng)流質(zhì)子加速器研究聯(lián)合裝置J-PARC已于2009年上半年建成并投入運(yùn)行。2009年11月，束流功率達(dá)到120kW，12月進(jìn)一步達(dá)到300kW（持續(xù)1小時(shí)）。
日本散裂中子源鳥瞰圖
中國散裂中子源是國家“十一五”期間立項(xiàng)、“十二五”重點(diǎn)建設(shè)的大科學(xué)裝置，是國際前沿的高科技、多學(xué)科應(yīng)用的大型研究平臺，建成后，CSNS將成為發(fā)展中國家擁有的第一臺散裂中子源，和世界上正在運(yùn)行的美國散裂中子源、日本散裂中子源與英國散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大脈沖散裂中子源。
中國散裂中子源園區(qū)效果圖
