助推粵港澳大灣區國際科技創新

2019-06-27 07:54 來源: 光明日報
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在距離香港1個多小時車程的廣東東莞,一片鬱鬱蔥蔥的荔枝林裏,坐落著我國迄今為止單項投資規模最大的大科學工程——中國散裂中子源。這項“國之重器”由中國科學院和廣東省共同建設,2018年8月23日,總投資23億元、經過10餘年的籌備和6年半的建設,中國散裂中子源項目終於順利通過由國家發展和改革委員會委託中國科學院組織的國家驗收,投入正式運行。它填補了國內脈衝中子應用領域的空白,使得我國成為繼英、美、日之後世界上第四個擁有散裂中子源的國家。中國散裂中子源在材料科學和技術、生命科學、物理、化學化工、資源環境、新能源等諸多領域具有廣泛應用前景,將對我國探索前沿科學問題、攻克産業關鍵核心技術、解決“卡脖子”問題具有重要意義。

“太方便了,就像在自家門口。”從事材料研究的香港大學副教授黃明欣和自己的博士生一起到廣東東莞中國散裂中子源(以下簡稱CSNS),利用兩天時間做了一項有關高強度鋼結構性能的實驗,拿到了完整的數據。黃明欣告訴記者,他所研究的高強鋼是汽車應用的研究重點。它既需要輕量化,又要提升汽車安全性。黃明欣團隊成為CSNS通用粉末衍射儀的首位香港用戶,借此,他們獲得了高強鋼在不同組織結構及不同變形條件下的重要微觀參數信息。而要是在以前,他只能向日本散裂中子源申請機時,設計好實驗步驟,然後把材料寄到日本。現在,近在咫尺的東莞有了CSNS,這對黃明欣來説方便了太多。可見,作為國家大科學工程,CSNS的建成,為粵港澳大灣區的科學研究和技術進步搭建了世界一流的平臺。

散裂中子源裝置就像“超級顯微鏡”,是研究物質材料微觀結構的理想探針。中子和光一樣,具有波粒二象性,既有波的性質,可以反射、折射、衍射、吸收;也具有粒子的性質,可以彈射、散射等。中子由於不帶電,不易受到帶電質子和電子的阻礙,能比其他探測方式更為輕鬆地穿透物質。

中科院院士陳和生説,中子束打到樣品上,大多數會不受任何阻礙穿過樣品,但有些中子會與研究對象的原子核發生相互作用,其運動方向也會發生改變,向四週散射。“我們測量中子散射的軌跡及其能量和動量的變化,就可以精確地反推出物質的微觀結構和動態。”對於散射的一個形象比喻是:假設我們面前有一張看不見的網,我們不斷地扔出很多玻璃彈珠,彈珠有的穿網而過,有的則打在網上,彈向不同的角度。如果把這些彈珠的運動軌跡記錄下來,就能大致推測出網的形狀;如果彈珠發得夠多、夠密、夠強,就能把這張網精確地描繪出來,甚至推斷其材質。

“散裂中子源在探測氫氧鋰等方面有天然優勢。”中科院高能所東莞分部副主任梁天驕説,在能源材料領域,氫動力汽車無疑比汽油車更加節能環保。如何實現氫的穩定儲存?科學家希望提高氫的存儲密度便於攜帶。最簡單的辦法是給氫氣加壓,但加高壓就容易帶來安全問題。為此,科學家用一種金屬—有機框架材料,把氫氣吸進去,等用的時候再把氫氣釋放出來。利用散裂中子源實驗就可以幫助科學家了解氫存貯在材料的什麼位置,在什麼情況下氫可以很好地釋放出來。 目前,大幅度提高鋰電池的性能是電動汽車推廣的關鍵,而散裂中子源就是研究鋰電池的利器。科研人員可以將鋰電池連同模擬充放電過程的設備放入中子散射譜儀,實時地原位測量在幾百次充放電的過程中,鋰電池各個部分微觀結構的變化,構建結構—性能關係,為改進和優化鋰電池的設計提供關鍵數據。

“自去年秋天CSNS正式運行以來,我們全面推進裝置的開放共享,吸引了國內外大量的科研與工業用戶開展實驗研究,助推了粵港澳大灣區國際科技創新中心的建設。”中科院高能物理所東莞分部主任陳延偉説。(記者 雷愛俠 吳春燕)

【我要糾錯】 責任編輯:范梓萌
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