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中國散裂中子源
鎖定
- 中文名
- 中國散裂中子源
- 外文名
- China Spallation Neutron Source
- 始建日期
- 2011年10月20日
- 投用日期
- 2018年8月23日
- 所屬地區
- 中國廣東省東莞市
- 類 型
- 科技基礎設施
- 佔地面積
- 69648 m²
- 主管部門
- 中國科學院
- 法人單位
- 中國科學院高能物理研究所
中國散裂中子源建設運行
2009年10月21日,《中國散裂中子源項目可行性研究報告》進行了專家評估論證工作;11月24日,中國散裂中子在廣東省東莞市大朗鎮召開第一次地質詳細勘察協調會,工程地質詳勘工作啓動。
2010年4月1日,中國散裂中子源完成土方平整方案專家評審工作
[31]
;4月23日,中華人民共和國環境保護部批覆《中國散裂中子源建設項目環境影響報告書》,5月24日,中華人民共和國國土資源部批覆《關於中國散裂中子源項目用地預審的請示》。
2011年2月24日,中華人民共和國國家發改委批覆中國散裂中子源項目建設可行性研究報告
[1]
;3月14日,十一屆全國人大四次會議表決通過《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》,散裂中子源被列入國家“十二五”規劃的“科技創新能力建設重點”;5月12日,中國科學院正式下發《關於散裂中子源國家重大科技基礎設施項目初步設計及概算的批覆》一文(科發建復[2011] 69 號),同意散裂中子源項目的初步設計及概算
[2]
;7月7日,東莞市發改局發出《關於國家重大科技基礎設施散裂中子源項目配套設施可行性研究報告的批覆》的文件(東發改[2011] 175 號);10月20日,中國散裂中子源舉行奠基儀式,工程動工興建;10月25日,散裂中子源舉行開工動員大會
[3]
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2017年3月6日,中國散裂中子源完成射頻四極加速器腔體的驗收工作
[15]
;7月20日,中國散裂中子源完成一期工程水土保持驗收工作
[11]
;8月28日,國散裂中子源完成首次打靶工作,獲得中子束流
[13]
;9月1日,中國散裂中子源完成主體工程建設,進行試運行階段
[16]
;’9月21日,中國散裂中子源一期項目竣工
[7]
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2018年3月13日,中國散裂中子源完成散裂中子源靶站譜儀及加速器的工藝測試工作
[26]
;4月20日,中國散裂中子源完成設備專業組驗收工作
[28]
;8月23日,中國散裂中子源通過驗收工作
[4]
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2023年4月,在第三屆中國國際消費品博覽會廣東產業招商推介會上,廣東省東莞市投資促進局副局長林超明表示,“全球第四台、中國首台散裂中子源投入運營,散裂中子源二期和先進阿秒激光等國家重大科技基礎設施納入‘十四五’規劃”。
[35]
中國散裂中子源建設台址
中國散裂中子源位於中國廣東省東莞市大朗鎮,距正東方向水流石水庫約1千米,距西北方向羅田水庫1.8千米,距西北方向的松木山水庫約2.5千米,途經該科技基礎設施的線路東莞—佛山高速公路(國家高速G9411)
[29]
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中國散裂中子源目標原理
中國散裂中子源工作原理
中國散裂中子源的主要工作原理通過離子源產生負氫離子,利用一系列直線加速器將負氫離子加速到80兆電子伏,之後將負氫離子經剝離作用變成質子後注入到一台快循環同步加速器中,將質子束流加速到1.6吉電子伏的能量,引出後經束流傳輸線打向鎢靶,在靶上發生散裂反應產生中子,通過慢化器、中子導管等引向中子譜儀,供用户開展實驗研究
[9]
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中國散裂中子源建設目標
中國散裂中子源科學目標
中國散裂中子源的科學目標是建成世界一流的大型中子散射多學科研究平台,使其與中國已建成的同步輻射光源和先進反應堆等設施互相配合、優勢互補,為生命科學、材料科學、化學、物理學等領域的基礎研究和高新技術開發提供強有力的研究手段,促進中國在重要前沿研究領域實現新突破,為多學科在國際上取得一流的創新性成果提供重要的技術條件保障
[8]
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中國散裂中子源總體建設
中國散裂中子源結構設計
加速器 | ①加速器是散裂中子源的基本組成部分,它決定整個裝置的主要性能指標,其運行穩定性決定了整個裝置的使用效率。 ②低能端射頻四極加速器(RFQ)是一種在直線加速器低能端被國際上廣泛採用的加速結構,同時完成對束流的聚焦、聚束與加速,有利於克服低能強流束的空間電荷效應,提高了束流品質。 ③漂移管直線加速器(DTL)部分採用較高頻率(324兆赫)的射頻功率源,而不是傳統的202兆赫,有利於加速較高峯值電流的束流,同時縮短直線加速器(LINAC)的長度和減少造價。 ④快循環同步加速器採用一系列先進技術,像陶瓷真空盒、採用帶內水冷的鋁絞線線圈的主磁鐵和諧振電源系統、鐵氧體加載腔技術等 |
靶站 | ① 靶站是利用高能質子產生脈衝中子的發生器系統。經過加速器加速的高能質子脈衝轟擊重金屬等靶體,通過散裂反應產生大量中子,並用慢化器將其慢化成適合中子散射用的慢中子脈衝。 ②中國散裂中子源靶站系統包括鎢靶,三個中子慢化器(耦合氫慢化器、退耦合窄化氫慢化器、退耦合水慢化器),鐵鈹反射體,鐵/重混凝土屏蔽體、公用和維護系統。靶體材料選用鉭包覆的固體鎢靶,冷卻劑為重水,靶體容器由耐輻照及腐蝕的不鏽鋼加工而成。低温液氫慢化器和常温水慢化器分別位於靶體的正下方和正上方。 |
譜儀 | ①中子譜儀是利用中子探測物質微觀結構與運動的實驗裝置。譜儀採用超鏡中子導管將中子傳輸到十幾米到上百米外的樣品位置,並使用中子斬波器選擇合適的中子波長帶寬,同時起到降低快中子和γ射線背底的作用,以及中子極化器進行中子自旋選擇。樣品被置於樣品環境中,提供高低温、高壓、強磁場等極端條件。中子與樣品作用後,利用多空間分佈的中子探測器進行中子探測,通過對散射後中子能量、動量和自旋的分析,得到樣品原子/分子的位置及其運動模式。 ②中國散裂中子源將包括粉末衍射、單晶衍射、工程衍射、反射、小角散射、非彈性散射、成像、中子輻照/活化分析等20台中子譜儀,在多空間尺度、多能量範圍上為多學科研究提供表徵手段。 |
中國散裂中子源技術指標
技術指標 | ||
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佔地面積 | 一期 | 69648平方米 |
二期 | ||
束流功率 | 一期 | 100千瓦 |
二期 | 500千瓦 | |
重複頻率 | 一期 | 25赫茲 |
二期 | ||
打靶質子束能量 | 一期 | 1.6吉電子伏 |
二期 | ||
打靶質子束流強 | 一期 | 62.5微安 |
二期 | 315微安 | |
重複頻率 | 一期 | 25赫茲 |
二期 | ||
反射體 | 一期 | Be/Fe |
二期 | ||
孔道數量 | 一期 | 20條 |
二期 | ||
譜儀數量 | 一期 | 3台 |
二期 | 20台 | |
輻射劑量控制 | 一期 | <2.5微希沃特/小時 |
二期 | ||
中國散裂中子源建設成果
中國散裂中子源技術難題
- 技術創新
1、射線裝置及靶心結構工後不均勻沉降小於0.2毫米。
2、研製出一種密度達3600千克/立方米、結晶水達110千克/立方米,由重晶骨料、鐵礦砂、硼玻璃粉等9種材料組成的防中子輻射重質混凝土。
3、無干擾準直樁隔絕周邊任何外部荷載影響,各永久控制點空間任一方向年相對位移小於0.3毫米。
4、廢束站超大型鐵塊與全密封混凝土牆體間5至10毫米微小均勻熱效空間,以及屏蔽鐵及束流中心極其精準的空間定位。
5、隧道平面上486塊大小不等的密集預埋板高程累積誤差小於3毫米。
6、密封筒及大型基板84枝密佈均勻羣錨預埋的絕對位置、相對位置、垂直度等均達到毫米級誤差要求。
7、亞洲最大熱室各面垂直度、平面度小於2米,近百根預埋管精確定位。
中國散裂中子源榮譽表彰
項目名稱 | 所獲獎項 |
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中國散裂中子源一期工程 | 2017年廣東省科技創新專項一等獎 |
2018年度廣東省建築業協會廣東省建設工程金匠獎 | |
2018年度廣東省建設工程優質獎 | |
2018年度第十屆廣東省土木工程詹天佑故鄉杯獎 | |
2018年至2019年第十七屆中國土木工程詹天佑獎 | |
中國散裂中子源 | 2020年度中國科學院重大科技基礎設施運行評比一等獎 |
中國散裂中子源文化特色
- “微觀之眼,助力灣區”
- “百年復興路科學正當時,小粒子到大宇宙,探索無止境”
2021年5月22日至23日,中國散裂中子源舉辦了以主題為“百年復興路科學正當時,小粒子到大宇宙,探索無止境”的第四次公眾科學日活動,面向公眾開放科研設施,組織多名專家舉辦科普講座,引導公眾走進科學、體驗科學
[24]
。
中國散裂中子源價值意義
中國散裂中子源應用價值
中國散裂中子源主要面向中國國內用户,隨着中子散射技術的發展,國內用户對於散列中子源的需求將會越來越大,其中:
領域 | 簡要介紹 |
---|---|
物理學 | 凝聚態物理是中子散射研究的傳統領域,隨着這一領域研究的擴展和深入以及中子散射技術的發展,中子散射的研究領域也在極大拓展。 |
①散裂中子源的高脈衝通量能克服單晶樣品量小的缺點,例如能提供高温超導化合物中完整的磁關聯和磁漲落實驗數據,推動高温超導機理的全面認識和新的高温超導材料的探索; ②散裂中子源豐富的高能量超熱中子和能量過濾技術可用來研究各種不同形態和環境中氫離子的動力學行為,發展適合氫離子行為的凝聚態物理新理論; ③中子的磁散射可研究量子臨界、自旋霍爾和重費米子等量子行為,為電子、自旋等的量子控制提供依據。同時,中子磁散射還可廣泛研究d電子和f電子的磁有序、磁相變等磁性質; ④散裂中子源優異的脈衝時間特性和高通量的超熱中子有利於研究有機高分子體系中磁、熱、電、光等物性與微觀結構的關係; ⑤高通量冷中子和中子反射技術為表面物理和表面磁性的研究提供了可能; ⑥中子的高穿透能力可研究高温、高壓、極低温、強磁場等極端條件下的物質特性。 | |
納米科學 | 納米科學納米科 學研究範圍十分廣泛,覆蓋凝聚態物理、化學、生命科學、材料科學、表面界面等,是當今科技研究的前沿領域。 |
中國散裂中子源上波長覆蓋整個納米尺度的豐富冷中子是量度納米材料中形狀、大小、結構和演化的最佳手段之一,如: ①可用於研究DNA分子識別的納米尺度自組裝; ②分析不同形態碳納米球和碳納米管的空間拓撲特徵,不同原子、小分子與之結合的特徵和對其性能的影響; ③可用於研究非晶化金屬材料中納米晶的生成機理,退火過程對其形成的影響,以及納米晶尺寸、形狀和分佈對材料性能的影響; ④可記錄納米結構的化學自組織生長過程,結構特點和外界條件對其生成形態的影響; ⑤為研究磁性納米結構的形態,相互間的磁偶極相互作用,超順磁極限及宏觀量子效應提供高效準確的研究手段。 | |
生命科學 | 後基因時代,對轉變生命活動的主要載體一蛋白質的研究,可望獲得重大突破;作為與同步輻射相互補充的工具,中子散射將為蛋白質結構研究提供新的手段。 |
①中國散裂中子源的高分辨反射技術可研究細胞膜內膜蛋白的形態及其對新陳代謝的原料和產物的輸運規律;②結合氫同位素襯度法,中國散裂中子源的中子衍射技術可精確測定蛋白質各官能團的結構,標定蛋白質在複合體中的位置和運動狀況、酶的反應機理等; ③中國散裂中子源具有的高能量分辨率非彈性和準彈性中子散射技術可探測蛋白質摺疊、構象變化等動態過程的規律; ④中國散裂中子源 的高通量小角散射技術可描繪蛋白質的形狀、大小以及不同蛋白質相互結合時的結合位置和生物酶催化的反應點等; ⑤結合中國散裂中子源的小角散射和反射技術,可研究病毒在不同環境條件下的形態,及其如何穿越細胞膜進入細胞、與何種生命物質結合發生病理反應,也可研究外界條件對細胞膜形態和功能的影響。 | |
化學 | 是中子散射技術廣泛應用的領域。 |
①中國散裂中子源有助於研究許多複雜的化學反應過程和反應產物結構。豐富的高能量超熱中子和各種中子散射技術可研究複雜的水和、水解、水助等化學反應; ②猶異的脈衝時間特性和高通量的超熱中子可研究大分子物質的結構和晶格的細緻變化; ③小角散射和反射技術可研究共聚物的合成,可控產物結構的聚合反應,聚合物結構的動態變化,聚合物形態結構與宏觀功能的關係; ④結合衍射和小角散射技術可研究多孔物質和其他類型催化劑的結構特性和催化原理。 | |
材料科學 | 中國散裂中子源能為先進材料的開發和應用提供強有力支持。 |
①同位素襯度法研究清潔能源材料儲氫材料中氫原子的位置及氫原子吸收和釋放規律; ②利用中子衍射和準彈性散射方法,可研究高儲能快離子導體電池中離子擴散規律和電化學反應特徵; ③單晶的中子衍射和非彈性散射可研究鐵電、壓電材料的結構相變和特定聲子模式的軟化; ④中子磁散射可用於各種磁性功能材料的磁結構、磁疇變化的研究,以利於新型磁性材料的開發; ⑤中子的高穿透能力和中國散裂中子源的高通量可實現工業加工材料的非表層深度CT掃描,分辨率可達毫米量級,為材料加工工藝提供指導; ⑥中國散裂中子源的高Q值中子衍射能為複合材料提供更為直接和準確的物相鑑定。 | |
環境科學 | ①中國散裂中子源 的中子反射技術研究可提供聚合物表面對不同氣體、液體的吸附、反應過程和反應效率等,促進環境友好高分子材料的發展; ②中國散裂中子源高壓下的中子衍射技術可研究CO2等温室氣體水合物的形成和穩定條件,為温室氣體深海掩埋的可能性提供科學依據; ③中國散裂中子源的高Q衍射可以直接定量研究毒性金屬污染複合物中的金屬元素成分和結合環境。 |
醫學 | ①中國散裂中子源的中子散射技術可研究藥物的結構及與藥物作用對象結合的特徵,為藥物遴選、改性等提供依據,加快新藥研製進程; ②中國散裂中子源產生的中子可用於多種醫用同位素生產和新型醫用同位素的開發研究。 |
中國散裂中子源發展推動
中國散裂中子源填補了中國國內脈衝中子源及應用領域的空白,為中國物質科學、生命科學、資源環境、新能源等方面的基礎研究和高新技術研發提供強有力的研究平台,將對粵港澳大灣區國際科技創新中心建設提供重要科技支撐,對滿足國家重大戰略需求、解決前沿科學問題具有重要意義。同時,散裂中子源的建設,顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學等領域相關產業技術水平和自主創新能力,使我國在強流質子加速器和中子散射領域實現了重大跨越
[30]
。
- 參考資料
-
- 1. 中國散裂中子源項目大事記 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-06-24]
- 2. 散裂中子源初步設計及概算獲得批覆 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-06-24]
- 3. 散裂中子源舉行開工動員大會(111025) .中國科學院重大科技基礎設施共享服務平台[引用日期2021-06-24]
- 4. 【中國科學報】中國散裂中子源通過國家驗收 .中國散裂中子源網站[引用日期2021-06-24]
- 5. 【南方都市報】散裂中子源明年驗收對外開放 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-06-24]
- 6. 中國散裂中子源一期工程 .中國土木工程學會[引用日期2021-06-25]
- 7. 第十七屆中國土木工程詹天佑獎獲獎工程 .中國土木工程學會[引用日期2021-06-25]
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- 9. 裝置構成 .中國散裂中子源工程[引用日期2021-08-09]
- 10. 【東莞電視台】中國散裂中子源安裝第一台設備--中科院高能所 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 11. 中國散裂中子源項目一期工程通過水土保持驗收 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 12. 中國散裂中子源項目大事記 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 13. 【中青在線】又一大科學工程主體完工:中國散裂中子源首次打靶成功! .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
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- 15. 散裂中子源RFQ腔體順利通過散裂工程經理部驗收 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
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- 17. 中國散裂中子源一期工程榮獲“中國建設工程魯班獎” .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 18. 【廣州日報】中國散裂中子源項目靶站氦容器成功吊裝 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 19. 中國散裂中子源舉行線上公眾科學日活動 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 20. 北京正負電子對撞機和中國散裂中子源榮獲2020年度中科院重大科技基礎設施運行評比一等獎 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 21. CSNS屏蔽體系統中子束線開關總成通過出廠鑑定驗收 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 22. CSNS退耦合氫慢化器樣機順利通過鑑定驗收 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 23. 中國散裂中子源一期工程施工評標工作圓滿結束 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
- 24. 中國散裂中子源舉辦第四次公眾科學日活動 .中國科學院重大科技基礎設施共享服務平台[引用日期2021-08-09]
- 25. 散裂中子源多物理譜儀成功出束 .中國科學院重大科技基礎設施共享服務平台[引用日期2021-08-09]
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- 28. CSNS通過中科院組織的設備專業組驗收 .中國科學院重大科技基礎設施共享服務平台[引用日期2021-08-09]
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- 31. 散裂中子源場地平整和爆破施工方案通過專家評審,場平施工近日開始 .中國科學院高能物理研究所[引用日期2021-08-09]
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- 33. 中國散裂中子源二期工程可行性研究報告獲批 .中國新聞網[引用日期2023-01-11]
- 34. 中國散裂中子源二期工程可行性研究報告獲批 .中國新聞網[引用日期2023-01-11]
- 35. 中國首台散裂中子源已投入運營二期列入“十四五”規劃 .百家號.2023-04-11
- 36. 中山大學高能直接幾何非彈性中子散射飛行時間譜儀揭牌 .百家號.2023-11-12
- 37. 新華社權威快報|國產“超級顯微鏡”上新!中國散裂中子源二期工程啓動建設 .新華社客户端.2024-03-30[引用日期2024-03-30]
- 38. 中國散裂中子源二期工程在廣東東莞啓動建設 .新京報.2024-03-30[引用日期2024-03-30]
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