助推粤港澳大湾区国际科技创新


距离香港一个多小时车程的广东省东莞市,郁郁葱葱的荔枝林坐落着中国迄今最大的单项科学项目中国散裂中子源。 “国家重量”是由中国科学院和广东省共同建造的。2018年8月23日,中国散裂中子源项目总投资23亿元,经过10多年的准备和6.5年的建设,最终通过了国家发改委委托中国科学院组织的国家验收,并正式投入运行。 填补了中国脉冲中子应用领域的空空白,使中国成为继英国、美国和日本之后世界上第四个拥有散裂中子源的国家。 中国散裂中子源在材料科学技术、生命科学、物理、化学化工、资源与环境、新能源等许多领域都有广阔的应用前景。探索前沿科学问题,攻克行业关键核心技术,解决“瓶颈”问题,对中国具有重要意义。

“太方便了,就像在门口一样 “香港大学从事材料研究的副教授黄明新和他的博士生前往中国广东省东莞市散裂中子源(以下简称CSNS)进行为期两天的高强度钢结构性能试验,并获得了完整的数据 黄明新告诉记者,他研究的高强度钢是汽车应用的研究重点。 它不仅需要重量轻,还需要提高汽车的安全性。 黄明欣团队成为CSNS通用粉末衍射仪的第一个香港用户,通过该设备获得了不同显微组织和变形条件下高强度钢的重要显微参数信息。 过去,当他从日本散裂中子源申请一台机器时,他只能设计实验程序并将材料送到日本。 现在,CSNS离东莞很近,这对黄明欣来说太方便了。 可以看出,作为一项重大的国家科学工程,CSNS的建成为粤港澳和海湾地区的科学研究和技术进步搭建了一个世界级的平台。

散裂中子源装置就像“超级显微镜”,是研究材料微观结构的理想探针。 中子和光一样,具有波粒二象性。它们具有波动性,可以反射、折射、衍射和吸收。它还具有粒子的特性,可以喷射、散射等。 中子不容易被带电质子和电子阻挡,因为它们不带电,并且比其他探测方法更容易穿透物质。

中国科学院院士陈和生表示,当中子束撞击样品时,大部分中子会毫无阻碍地穿过样品,但一些中子会与研究对象的原子核相互作用,它们的运动方向会发生变化并四处散射。 “通过测量中子散射的轨迹及其能量和动量的变化,我们可以精确地推断物质的微观结构和动力学。 “散射的一个图像隐喻是:假设我们面前有一张看不见的网,我们不断扔出许多玻璃球。一些弹珠穿过网,另一些弹到网上,从不同的角度弹开。 如果这些弹珠的轨迹被记录下来,网的形状可以粗略地估计出来。如果弹珠足够分布、足够致密和足够结实,网就能被准确描绘,甚至它的材料也能被推断出来。

散裂中子源在检测氢氧化锂等方面具有天然优势 中国科学院高能研究所东莞分院副主任梁天骄表示,在能源和材料领域,氢动力汽车无疑比汽油车更加节能环保。 如何实现氢气的稳定储存?为了便于携带,科学家们希望增加氢的储存密度。 最简单的方法是给氢气加压,但是增加高压容易带来安全问题。 为此,科学家使用金属有机框架材料来吸收氢,并在使用时释放氢。 使用散裂中子源实验可以帮助科学家了解氢储存在材料中的什么地方,以及在什么条件下氢可以很好地释放出来。 目前,大大提高锂电池的性能是电动汽车推广的关键,散裂中子源是研究锂电池的利器。 研究者可以将锂电池与模拟充放电过程的设备放入中子散射光谱仪中,实时、原位测量数百次充放电过程中锂电池各部分微观结构的变化,从而构建结构-性能关系,为改进和优化锂电池设计提供关键数据。

“CSNS自去年秋季正式投产以来,我们全面推进了设备的开放和共享,吸引了大量国内外科技和工业用户进行实验研究,推动了粤港澳台湾地区国际科技创新中心的建设。 ”中国科学院高能物理研究所东莞分院院长陈彦伟说 (记者雷吴爱霞春燕)