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“超级显微镜”:上天入地下海的国之重器—新

发布时间:2017-12-04 阅读:

  “超级显微镜”:上帝放在全国重型装备的地面 - 新闻 - 科学网

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  中国散裂中子源环形地下17米。郑阳摄影记者

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  8月28日上午10时,广东省东莞市中国散裂中子源(CSNS)目标站光谱仪控制室研究人员凝视屏幕,待命,看到工程指挥员兼工程部经理陈和生书院加速器质子束首次撞击金属钨靶,成功获得中子束,工程师的兴奋兴奋地见证了这一历史时刻中国散裂中子源成功的第一炮!中国有自己的散裂中子源

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  散裂中子源被称为超级显微镜,是了解微观世界的工具,原本只有英国,美国和日本拥有这些设备。 CSNS是“十二五”期间建成的最大的大型科学仪器,将成为发展中国家第一个散裂中子源,跻身世界四大脉冲中子源之列,为科研成果的高水平贡献力量支持和提供一个解决国家可持续发展和国家安全战略需求的许多瓶颈的高级平台。

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  这个国家的眼睛的重量是多少?什么角色会再次发挥? 9月1日,“经济日报”记者来到CSNS公园找出。

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  小型中子,大型设备

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  本地化率超过96%

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  记者深入到17米深的CSNS加速器隧道内,能够瞥见即将关闭试运行的怪兽。它包括一个80兆瓦负氢直线加速器,一个16亿伏快速循环质子同步加速器,双光束传输线,一个目标站,第一批三光谱仪等。

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  那么为什么CSNS成为了解微观世界的超级显微镜呢?这是从微小的和神奇的中子说。

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  众所周知,X射线可以捕捉到人体的医学图像,在材料科学,化学,生命科学,医学等领域,科学家也希望有一种能捕捉X射线等材料微观结构的工具,中子散射是研究DNA,蛋白质,飞机材料等内部结构的强大工具。

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  中科院院士陈和生告诉记者,中子的发现和应用是二十世纪最重要的科技成果之一。由于中子不带电,穿透力强,可以区分轻元素,同位素和邻近元素,具有非破坏性,使中子散射成为研究物质结构和动力学的理想探测器。

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  当中子进​​入样品并与原子核或力矩相互作用产生散射时,可以测量中子的能量和动量来研究各种材料的微观结构和运动,据陈和生院士为了形象比喻,假设在我们面前有一个无形的网,我们不断地抛出大量的玻璃弹珠,有的穿过网,有的打网,打不同的角度,如果记录这些弹珠的轨迹,大致可以推断出形状的网;如果弹子足够密,足够强,就可以准确地描绘出这个网,甚至可以推断出它的材质。

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  尽管中子非常微小,但产生强中子束的散裂中子源却是一个非常笨重的设备,是各种高级尖端设备的单位。世界领先的脉冲中子源主要是英国的ISIS,美国的SNS和日本的J-PARC,中国的CSNS是世界第四大的。

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  CSNS的建设克服了许多关键的核心技术难题,设备国产化率超过96%。许多设备开发达到国内外先进水平。陈和生研究院自豪地介绍。

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  那么高的国产化率是如何实现的?工程副总裁傅世年分享了设备研发的不为人知的故事。采用加速器技术,与国内外大多数加速器不同,CSNS快速循环同步加速器上的主磁铁真空室不能做成金属材料,必须由陶瓷制成。这个大型陶瓷真空室需要特殊的技术,外国公司要求高昂的价格。有限的资金,我们决心发展自己的。同时,科技人员多年来与多家厂商合作,多次开发。最后,最终开发出符合设计要求的原型。收到消息后,外国公司立即减少了报价。

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  地下展示他们的技巧

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  5年还是开启了癌症治疗的新纪元

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  经过十多年的建设,CSNS即将竣工,开启了工业化探索的第一步。

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  8月11日,中国科学院高能物理研究所与东阳光集团签署合作协议。双方将利用散裂中子源开展硼中子俘获疗法(BNCT)项目,预计未来5年将开启国内癌症治疗新纪元。 BNCT是一种中子辐射治疗癌症的技术,能有效杀死癌细胞而不损伤周围组织,安全性高,定位准确,价格相对较低等优点。东阳光集团董事长张忠能说。

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  魔法中子如何引爆癌细胞?东阳光研究所所长唐苏介绍,首先向癌症患者注射一种无毒含硼药物。硼与癌细胞有很强的亲和力,会迅速潜伏在癌细胞中。此时,利用加速器中子束照射肿瘤部位,中子将被癌细胞内的硼捕获,并在癌细胞内释放高致死性放射线。这种射线只有一个细胞长度的很短的范围,所以它只杀死癌细胞,而且周围的正常组织没有受损。

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  中科院高能所中科院王一方表示,研究院将充分利用高能散裂中子源这一研发平台,结合东阳光集团肿瘤研究能力,计划完成首个商用BNCT治疗中心建设。

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  事实上,零星的中子源可以比生命科学做得更多。作为多学科研究的新平台,在材料科学,化学工业,资源与环境,新能源等诸多领域具有广泛的应用前景。

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  为此,陈和生院士举了很多例子。 1998年6月,德国的一列城际特快列车出轨,造成重大人员伤亡。最终发现肇事者意外转动车轮。而找出原因是英国散裂中子的来源,陈和生告诉记者,高铁的轮轨,或者飞机内的涡轮叶片都有压力,这决定了它的使用寿命和安全性。高速铁路和飞机,但是这种压力是看不见也不能触及的,它的研究已经成为避免类似灾难的关键,现在科学家们已经能够测量散裂中子源的轮轨和翼的残余应力并优化处理,使HSR和飞机更安全,更舒适。

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  又如,在开采海底可燃冰时,如果发生泄漏,后果将是灾难性的。散裂中子源可以用来研究可燃气体甲烷水合物的形成机理和稳定条件,其结果将为可燃冰的安全和高效开发利用提供科学依据。陈和生说。

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  将建造中子科学城

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  带领广东,港澳台地区产业升级

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  中国的散裂中子源,与世界其他三大散裂中子源的优势没有密切的制造业密切相关。

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  CSNS所在地广东省东莞市位于珠江三角洲核心区域,拥有2028家国家级高新技术企业,技术创新引领产业转型升级。我们期待着把国家重大科技工程强大的科技辐射力与珠三角地区雄厚的经济实力相结合,为广东,香港的科技开发和产业升级作出重大贡献香港,澳门和台湾地区,陈和生说。

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  东莞市副市长黄清辉透露,东莞市依托中子源的裂变规划建设总面积约45.7平方公里的中子科学城。

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  中子科学城所在地区是广深科技创新通道的重要战略枢纽。目前,包括CSNS,华为终端总部在内的研发创新机构和国际企业在内,已经聚集了一批具有国际影响力和国际化的高端创新元素。该地区还将聚集大批高素质人才,只有华为终端项目将进驻3万人。 CSNS建成后,将吸引全国乃至全球的顶尖科研人员进行科学实验和工业应用。在高峰期,约有600名科学家将同时进行研究。

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  如何把制造业的优势与散裂中子源的科技成果转化结合起来,形成相关产业的集聚和发展,是东莞目前正在探索的方向。

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  黄庆辉介绍,CSNS落户,带动了国内尤其是大珠三角地区,中子散射相关技术和产业应用的迅速发展,合作单位包括中山大学,华南理工大学,工业和工业部电子信息技术研究院第五研究所,中国科学院深圳先进技术研究院。根据广东省的统一部署,广东省先进材料实验室也将设在东莞,依托中子源的散裂促进材料科学技术的发展。接下来,实验室将由华南理工大学和散裂中子源领导,省,市政府将共同​​建设和整合中科院,广东省科学院等科研资源,形成尖端科研资源应用研究,产业技术研究和产业转型链条研究模型,建立具有创新性的国际影响高地。

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