拥有散裂中子源的国家（中国散裂中子源）

散裂中子源的已建项目

1、20世纪70年代初，美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室（LANL）的LAMPF强流质子直线加速 器，是世界第一台散裂中子源 。

2、1977年，美国LANL又在LAMPF后面建立了一个储存环，将LAMPF输出的质子束转化为中子束以产生脉冲中子源。

3、20世纪80年代，美国ANL的IPNS和日本KEK的KENS。

4、1985年，英国卢瑟福实验室建成ISIS环形加速器，能量为800MeV，平均流强为230 µA，是迄今为止世界上最强的脉冲散裂中子源。

5、2014年10月15日上午，经过三年的施工，中国散裂中子源项目的第一台设备——负氢离子源在东莞“下隧道”安装，标志着该项目正式进入项目设备安装阶段，为2016年试运行打下坚实基础。

中国散裂中子源的介绍

中国散裂中子源（CSNS）是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置，是位于国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台。CSNS由中科院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市，项目预计总投资为22亿元人民币。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置，可带动物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科发展，广泛服务于工农业生产。建成后，CSNS将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源，和正在运行的美国、日本与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。2014年10月15日上午，经过三年的施工，中国散裂中子源项目的第一台设备——负氢离子源在东莞“下隧道”安装，标志着该项目正式进入项目设备安装阶段，为2016年试运行打下坚实基础。

中国散裂中子源的国内现状

高通量中子源在我国有近半个世纪的发展历程。1958年，我国建成第一座实验性重水反应堆，为我国原子能事业的发展打下了坚实的基础，赢得了国际同行的尊重，也同时也发展了中子散射研究。上世纪八十年代，我国中子散射研究得到快速发展，在中国原子能科学研究院建成了国内唯一的一个初具规模的热中子散射实验室，并建成了曾是亚洲地区唯一的液氢冷却的冷中子源。在这台装置上，通过与国内有关单位合作，在凝聚态物理、材料科学等方面做出了一批具有国际水平的工作，并在不少方面有所创新和突破，近十多年来共完成了200余项研究成果；例如，在声子圆偏振色散关系、高温超导材料中氧原子位置、稀土永磁材料的磁结构等方面做出了出色的工作，结果在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B等国际刊物上发表，为我国的热中子散射工作在国际上争得了一席之地。

进入二十一世纪，我国科学研究快速发展，越来越多的研究人员希望利用中子散射深化自己的研究。然而，我国研究用中子源发展相对滞后，高水平中子散射设施缺乏，技术发展缓慢，许多科学家转向国际合作，到国外的中子散射装置上做实验。为适应我国科学研究的发展，增强我国基础科学的原始创新能力，尽快建设我国的散裂中子源和相应的中子散射国家实验室势在必行。

中国原子能科学研究院正在建设的中国先进研究堆（CARR）已于2010年建成，它将成为亚洲主要的中子散射中心之一。如上所述，由于反应堆中子源的特点，CARR堆上进行的研究工作会有一定的局限。为了增加我国科技的整体竞争能力，在我国建设一台脉冲散裂中子源是十分必要的。散裂中子源与CARR堆两者各具特色，相互补充，共同为我国中子科学的发展贡献力量。例如，CSNS谱仪能同时测量大范围的动量能量变化，方便物质整体性能的表征，而CARR谱仪每次都测量某一特殊的动量能量变化点，适合物质某些特定性质的精确表征；CSNS的衍射谱仪将重点关注高动量转移的衍射数据，而CARR的衍射谱仪更有利于小的动量转移数据的测量；CSNS散射谱仪利用飞行时间相应的中子能量分辨，重点测量多晶态物质中基本元激发及相应的态密度等，而CARR的三轴谱仪利用单色能量的甄别，重点测量单晶物质中各种激发的色散关系等。除中子散射外，CSNS与CARR在其他研究和应用的领域内也各有优势。例如，CSNS有利于基于质子束、μ子和快中子束的各项基础和应用研究以及核废料嬗变研究等；CARR堆则更有利于同位素生产、半导体辐照、中子照相等。

高通量的散裂中子源是当前研究用中子源的主流发展方向，发达国家把它作为提高科技创新能力的重要举措之一，正在积极建设。我国科技水平和经济实力正在迅速提高，也迫切需要自己的散裂中子源这一多学科应用的大型综合性平台，为科学技术和经济建设的可持续发展提供强有力的支持。尽管散裂中子源在我国尚属空白，但部分相关技术在我国有不同程度的储备。高能物理研究所拥有35MeV质子直线加速器的建造和运行经验，可为散裂中子源的质子直线加速器的设计、制造、安装和调试提供经验和借鉴。强流质子加速器组经过5年的奋斗，成功研制了一台能量为3.5MeV的强流质子射频四极（RFQ）加速器，这是我国自主建成的第一台强流RFQ加速器，其束流工作比已达到了6%，主要指标位居世界前列。自上世纪80年代以来，我国的同步加速器技术取得了长足的发展。北京正负电子对撞机BEPC于1988年竣工，束流能量为1.0～2.5 GeV，已成功运行了近20年，现已完成升级改造；1989年，合肥国家同步辐射光源HLS建成出光，能量为800 MeV、平均流强达100～300mA。兰州重离子冷却储存环HIRFL-CSR也在2007年建成并达到验收指标。能量为3.5GeV的第三代同步辐射光源-上海光源SSRF已在2009年建成，并投入运行。上述同步加速器的设计和建造也可为我国散裂中子源的质子同步加速器的建设提供宝贵的经验。散裂中子源的中子散射谱仪通常使用的飞行时间技术，在我国反应堆的部分谱仪上也曾使用，其方法、技术和工艺均可借鉴。

CSNS是我国第一台散裂中子源。建造综合性能位居世界前列的CSNS，设计和技术上必然存在挑战，众多关键技术必须进行预制研究，研究成果也将为国际散裂中子源的发展做出重要贡献。CSNS的建设将广泛调研国际上散裂中子源的建设和运行情况，认真总结经验和教训，尽可能地采用先进和成熟的技术，确保建成后的CSNS达到设计指标。

CSNS将是发展中国家拥有的第一台散裂中子源，其脉冲中子通量将位居世界前列。在加速器、靶站和谱仪等各方面采用了一系列世界先进的设计和技术，束流功率为100kW的CSNS其有效中子通量将与英国卢瑟福实验室的散裂中子源ISIS所达到的水平相当，可以满足我国在多学科领域内对中子散射的强劲需求。

对中子散射而言，更高的中子通量在进一步减少实验所要求的最小样品量和缩短测量时间上具有优势。与兆瓦级的美国散裂中子源SNS和日本散裂中子源J-PARC相比，只有极小部分课题如超薄膜、快速反应和快速相变过程等不能在CSNS开展。CSNS设计的最小样品量在毫克量级，最短测量时间在分钟量级，能满足各学科90%以上的中子散射研究需求。

综上所述，投资仅为国际上兆瓦量级散裂中子源百分之十几的CSNS是符合我国国情的、能满足我国科技发展需要的、高性价比的大科学装置。

中国首台散裂中子源建成有什么意义?

3月25日，建在广东东莞的我国“十一五”国家重大科技基础设施——中国散裂中子源，按期、高质量完成了全部工程建设任务，并通过中国科学院组织的工艺鉴定和验收。

“这是散裂中子源建设的里程碑，标志着工程建设已经全部完成，性能达到了预期要求。”中国散裂中子源工程总指挥、中国科学院院士陈和生在接受《中国科学报》采访时说。

建成后的中国散裂中子源成为中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源，填补了国内脉冲中子应用领域的空白，为我国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段，对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题具有重要意义。

“散裂中子源能够为我国产生高水平的科研成果提供有力支撑，并为解决国家可持续性发展和国家战略需求的许多瓶颈问题提供先进研究平台，也将成为广东省正在建设的国家科技产业创新中心的核心单元，为粤港澳大湾区科技发展和产业升级作出重大贡献。”陈和生说。

根据工艺鉴定验收专家委员会的评价，中国散裂中子源性能全部达到或优于国家发改委批复的验收指标。装置整体设计科学合理，研制设备质量精良，调试速度快于国外的散裂中子源。靶站最高中子效率达到国际先进水平。

中国散裂中子源就像一台“超级显微镜”，是研究物质微观结构的“国之重器”，由中国科学院高能物理研究所承建，共建单位为物理研究所，于2011年9月开工建设，工期6.5年，总投资约23亿元，主要建设内容包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站，以及一期三台供中子散射实验用的中子谱仪，是各种高、精、尖设备组成的整体。

2017年8月，中国散裂中子源首次打靶成功并获得中子束流，11月达到打靶束流功率的验收指标。2018年春节期间加速器运行稳定，束流功率和连续运行时间均创调束以来的新高，首期三台中子谱仪，即通用粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪，都顺利完成样品实验。通用粉末衍射仪已经完成了两个高水平的用户实验。

中国散裂中子源通过自主创新和集成创新，在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果。设备国产化率超过90%，显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业技术水平和自主创新能力，使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越，技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。

著名的实验室吗有几个？

1、加州大学伯克利分校的劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，简称LBNL）

2、麻省理工学院的林肯实验室（Lincoln Laboratory）3、加州大学的洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory，简称LANL）

4、布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）

5、加州理工学院的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，简称JPL）

喷气推进实验室是位于加利福尼亚州帕萨迪那美国国家航空航天局（NASA）的一个下属机构，负责为美国国家航空航天局开发和管理无人空间探测任务 6、橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，简称ORNL）

7、阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory，简称ANL）

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1、德国的联邦技术物理研究所（Physikalisch Technische Bundesanstalt，简称PTB）

建于1884年，原名帝国技术物理研究所（Physikalisch TechnischeReichsanstalt，简称PTR），相当于德国的国家计量局，以精密测量热辐射著称。十九世纪末该研究所的研究人员致力于黑体辐射的研究，导致了普朗克发现作用量子。可以说这个实验室是量子论的发源地。

谈到该实验室就须介绍物理学史上两位重要的人物。

第一个是1911年诺贝尔物理学奖获得者维恩Wilhelm Wien（1864-1928），他曾是该实验室的理论带头人，在这里工作长达近十年的时间。他的主要贡献是发现了几个重要的热辐射定律。

第二位是1918年诺贝尔物理学奖得主普郎克，他发现的能量级对物理学的进展作出了重大贡献。他是继维恩后曾在该实验室工作的一位重要的学术带头人。

2、英国的国家物理实验室（National Physical Laboratory，简称NPL）

英国的国家物理实验室，是英国历史悠久的计量基准研究中心，创建于1900年。

1981年分6个部：即电气科学、材料应用、力学与光学计量、数值分析与计算机科学、量子计量、辐射科学与声学。

作为高度工业化国家的计量中心，与全国工业、政府各部门、商业机构有着广泛的日常联系，对外则作为国家代表机构，与各国际组织、各国计量中心联系。它还对环境保护，例如噪声、电磁辐射、大气污染等方面向政府提供建议。英国国家物理实验室共有科技人员约1000人，1969年最高达1800人。

3、欧洲核子研究中心（European Organization for Nuclear Research，简称CERN）

欧洲核子研究中心创立于1954年，是规模最大的一个国际性的实验组织。它的创建、方针、组织、选题、经费和研究计划的执行，都很有特点。1983年在这里发现W±和Z0粒子，次年该中心两位物理学家鲁比亚和范德梅尔获诺贝尔物理奖。

欧洲核子研究中心是在联合国教科文组织的倡导下，由欧洲11个国家从1951年开始筹划，现已有26个成员国。经费由各成员国分摊，所长由理事会任命，任期5年。下设管理委员会、研究委员会和实验委员会，组织精干，管理完善。研究人员共达9000人，多为招聘制。这是一个旨在探索“宇宙开始时最基本的东西是什么”等问题的纯科学的物理研究机构，也是当今世界上规模最大的科学实验室之一。来自包括中国在内的世界80多个国家的6000多名物理学家曾在此工作过。

这个研究中心建有两个国际研究所，供世界著名的科学家小组研究亚原子核的结构及其理论。第一研究所装有6亿电子伏的同步回旋加速器，280亿电子伏的质子同步加速器等。第二研究所在第一研究所旁边，它装有一台周长约7千米的新质子同步加速器。

研究中心除有许多先进而价格昂贵的试验设备外，还有图书资料室，并出版《欧洲核研究组织信使》（月刊）和科学报告等。由于中心的设备齐全，服务优良，加上科学家们的勤奋努力，欧洲核子研究中心在粒子物理研究领域已经取得了一些举世瞩目的成果，从而成为名副其实的核子研究中心。

数十年来，该研究中心先后建成质子同步回旋加速器、质子同步加速器、交叉储存环（ISR）、超质子同步加速器（SPS）、大型正负电子对撞机（LEP）、并拥有世界上最大的氢气泡室（BEBL）。

4、瑞士保罗谢勒研究所（Paul Scherrer Institute，简称PSI）

瑞士保罗谢勒研究所是瑞士科学和技术的多学科研究中心。在与国内外大学、其他研究机构和工业界的合作中，PSI在固态物理、材料科学、基本粒子物理、生命科学、核与非核能研究及与能源有关的生态学的研究中非常活跃。

PSI是瑞士最大的国家研究所，有雇员1200人，是瑞士唯一这种类型的研究所。

PSI研究的重点放在基础研究和应用研究，特别是与可持续发展有关的领域和对教育和培训具有重要意义、但超出大学单个系能力的领域。

PSI研制和运行需要特别高标准的技术诀窍、经验和专业的复杂研究设施，拥有散裂中子源，瑞士光源（SLS）等大科学装置，是世界科学界主要的用户实验室之一。通过它开展的研究，PSI获得新的基础知识，并积极促进其在工业上的应用。

中国是第四个掌握脉冲散裂中子源的国家，为什么要将这项技术免费对外开放？

据了解，中国散裂中子源是国家"十一五"期间重点建设的大科学装置，是位于国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台，由中国科学院和广东省共同建设，2018年8月正式通过了国家验收，是我国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源，为粤港澳大湾区的科技创新提供重要的基础支撑。

散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置，可带动材料科学技术、化学化工、物理、能源环境、生命科学等学科发展。该项目建设内容包括一台8千万电子伏特的负氢离子直线加速器、一台16亿电子伏特的快循环同步加速器、一个靶站，以及一期三台供科学实验用的中子散射谱仪。该装置是探测物质微观结构的重要工具，被誉为“超级显微镜”。

公众科学日系列活动是中国科学院面向公众的免费开放活动，科学院系统的院所、大学几乎全员参与。作为科学院的一员，高能物理研究所全面参与了历届的活动，作为高能物理研究所的一部分，东莞分部自去年中国散裂中子源建成后正式开始对公众开放。

“人自诞生伊始便对周围的事物充满了好奇，各种各样的植物、动物、建筑、声音，也包括一个个人，我们用我们的感官尽情地去感受，去探索，去享受。从陌生到熟悉，再到了解、深入了解并理解。从整个人类的历史来看，也是一个对世界的持续探索、了解的过程。”中国科学院高能物理研究所东莞分部副主任金大鹏在活动致辞中表示，“好奇心”是促进人类发展和科技进步的重要推动力，希望开放日活动能够进一步激发公众探索未知的热情，强化从呱呱坠地就具有的、天生的“好奇”，在工作和生活中实现自我、贡献社会、乃至造福人类。