大科学装置为高质量发展提供源头动能

本文转自：南方日报

散裂中子源科学中心主任陈延伟：

大科学装置为高质量发展提供源头动能

1月28日，全省高质量发展大会在广州召开，向全社会释放了快马加鞭推动高质量发展的鲜明信号，坚持制造业当家、构建全过程创新生态链等关键词在会上被多次提及。

作为最早落地珠三角的国家重大科技基础设施，中国散裂中子源经过10多年的建设和运行，已取得一批重要成果。在散裂中子源科学中心主任陈延伟看来，大科学装置是帮助我国在未来科技竞争中不受制于人的“国之重器”，也是高质量发展的重要支撑。

“随着中国散裂中子源二期工程建设即将启动，未来的谱仪数量将增加到20台左右，设备研究能力将大幅度提升，为前沿科学、国家重大需求和国民经济发展提供更先进的研究平台。”他说。

●南方日报记者 卞德龙

建设过程突破一批核心关键技术

中国散裂中子源落户东莞，最初便有支撑广东和珠三角产业转型升级的考虑。陈延伟介绍，2006年前后项目选址时，时任中国科学院院长路甬祥曾提出，珠三角地区改革开放做得非常好，国际联系非常广泛，经济实力雄厚，可以支撑大科学装置的发展，同时这里还有发展科技产业、推动转型升级的迫切要求。

2006年5月，时任中国科学院高能物理研究所所长陈和生带队到广东调研，最终将建设地点选在了东莞。

大科学装置对科技创新的重要作用，早在其建设阶段便已凸显。中国散裂中子源的建设过程，也是自主攻关掌握核心关键技术的过程。

“大科学装置旨在探索未知世界，发现自然规律，实现技术变革，其本身就是极为复杂的大型科学系统，在建设过程中，我们要不断克服新难题。”陈延伟说。

他举例说，装置建设中，快循环同步加速器的25Hz交流磁铁是关键设备，在我国属首次研制。“铁芯和线圈的振动开裂、涡流发热等都是新问题，带来了超乎想象的技术挑战。”他说，科研人员与工厂技师联合攻关，历时6年，多次改方案、换厂家，逐一攻破技术难关，终于靠自己的力量研制出合格的磁铁。“针对磁铁的磁场饱和，我们还创新性地提出了谐振电源的谐波补偿方法，解决了多台磁铁之间的磁场同步问题，其效果优于国外散裂中子源。”

在建设过程中取得的技术突破，对其他领域也产生了积极的影响。据介绍，中国散裂中子源各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成。通过自主创新和集成创新，许多设备的研制达到国际先进水平，核心设备国产化率达90%以上，这不仅大大降低了装置成本，还有力提升了广东乃至国内相关产业的技术水平和制造能力。

由于工艺水平高、产品质量好，中国散裂中子源靶体部件的制造单位还成功中标了世界上第五台脉冲式散裂中子源——欧洲散裂中子源的靶体部件订单。

为坚持制造业当家插上“科创翅膀”

作为探究物质微观结构的“超级显微镜”，如今，中国散裂中子源已经成为广东和粤港澳大湾区科技创新的一张特色“名片”。在1月28日下午全省高质量发展大会“制造业当家与科技自立自强”分组讨论中，中国科学院广州分院副院长孙龙涛便提及，中国散裂中子源助力大湾区高端制造业发展取得系列成效，如对“奋斗者”号万米载人潜水器焊接工艺进行验证，开展超级钢、分子筛吸附剂、量子材料研究等。

陈延伟列出了一组数据：2018年9月底正式对中外用户开放后，中国散裂中子源已完成8轮运行，注册用户超4300人，完成课题800余项，大科学装置的综合效应开始逐步显现。

以对深海潜水器等大型工程部件进行残余应力和服役性能检测为例，残余应力是指在材料、部件加工、服役等过程中保留在其内部的应力，可能导致工程部件的变形乃至失效。“深海潜水器的壳体是钛合金焊接的，下潜海底万米，要扛住巨大的海水压强，焊接的可靠性至关重要。”陈延伟说，中国散裂中子源对其焊接模拟件进行检测，了解不同焊接工艺的残余应力参数，为壳体寿命预测、焊接工艺选择提供了关键数据支撑。

据了解，这项技术还被应用在高铁车轮等大型高速运动工程部件的研发与测试中。广东省模具行业也计划与中国散裂中子源合作，通过对材料应力的研究，提升模具的耐用度。

此外，中国散裂中子源在磁性材料、纳米功能材料、高效催化剂、自旋电子学、有机太阳能薄膜电池、金属玻璃、高分子聚合物、生物大分子等领域也取得了一批成果，为相关产业高质量发展提供了源头动能。

令人期待的是，1月上旬，根据中国科学院高能物理研究所消息，中国散裂中子源二期工程可行性研究报告已获得国家发展改革委批复，标志着二期工程项目前期立项工作取得关键性进展。目前，项目正在加快开展初步设计，争取尽早开工建设。

陈延伟介绍，二期工程项目主要建设11台中子谱仪和实验终端，提升加速器和靶站的束流功率。他展望，项目建成后，中国散裂中子源综合性能将达到国际先进水平，满足国家战略需求和世界科学前沿研究对高性能中子散射的要求，为高水平科技自立自强作出更多贡献。

“大科学装置形成更为突出的集聚效应，也能够更好服务广东制造业升级，为坚持制造业当家插上‘科创翅膀’。”陈延伟说。

加速大湾区科技合作与人才流通

高质量发展离不开高素质人才，当前，粤港澳大湾区正加快建设国际科技创新中心、综合性国家科学中心和高水平人才高地。陈延伟表示，作为国家重大科技基础设施和基础科研“利器”，中国散裂中子源科研氛围浓厚，对高端人才有着强大的吸引力。

他介绍，目前中国散裂中子源已培养了一支500多人的科研和工程队伍，35岁以下年轻人占比超过70%，充满了创新创造的活力，一批青年科学家已成长为重要项目或平台的负责人。

现任中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部研究员的童欣，曾在国外学习、工作超过15年，如今在中国散裂中子源负责新建非弹性谱仪等工作，带领一支国际团队扎根东莞开展科研。

在童欣看来，从中国散裂中子源落地，到松山湖材料实验室布局，从大湾区大学选址，到香港城市大学（东莞）落户，一个个重大创新平台和重要高校院所的到来，使得一大批科学家集聚在此，让松山湖科学城的概念更加深入人心。2020年7月，国家发展改革委、科技部已批复同意东莞松山湖科学城与深圳光明科学城共同建设大湾区综合性国家科学中心先行启动区。

松山湖科学城毗邻港澳，中国散裂中子源也为港澳科学家提供了前所未有的便利，进一步促进了粤港澳三地科技创新的人才和要素流通。

“中国散裂中子源从建设起，就与港澳科研机构保持着良好的合作与互动。”陈延伟说，2019年3月，中国科学院高能物理研究所与香港城市大学共同成立的“中国科学院—香港地区中子散射科学技术联合实验室”正式揭牌；2020年1月，由散裂中子源科学中心、东莞理工学院、香港城市大学、澳门大学共同建设的“粤港澳中子散射科学技术联合实验室”正式启动。

香港大学黄明欣教授团队发明的超强超韧的“超级钢”，就是通过中国散裂中子源来分析其成分、结构，验证了其研究结果。此外，香港中文大学、香港科技大学、香港理工大学、澳门科技大学等单位的用户也在这里开展了多项实验研究。

“中国散裂中子源这几年的科学产出里，有四分之一是粤港澳大湾区的用户。”陈延伟用数据说话，他表示，大科学装置是基础和应用基础研究的前沿科学平台，未来中国散裂中子源将继续向科学未知领域发起冲击，支撑企业自主创新和制造业当家，为广东高质量发展提供强有力的科技支撑。