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“開工”半載,散裂中子源交出成績單
關(guān)鍵字: 散射中子源去年夏天,我國首臺散裂中子源正式通過國家驗(yàn)收并對用戶開放。這一占地400畝、坐落在廣東東莞的大科學(xué)裝置,目前已結(jié)束首輪運(yùn)行。
據(jù)“科學(xué)網(wǎng)”3月12日消息,利用一期建設(shè)完成的3臺譜儀,散裂中子源已經(jīng)完成了來自超導(dǎo)材料、鋰電池、高性能材料等多個領(lǐng)域的用戶課題,不少研究成果相繼在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。
中國首臺散裂中子源主裝置區(qū) 圖丨中國科學(xué)院
除了完成來自用戶的課題,園區(qū)一線的科研人員還要負(fù)責(zé)把這個“大家伙”的狀態(tài)調(diào)整到最佳,并為中國散裂中子源培養(yǎng)好各個領(lǐng)域的用戶。
研究新材料 中子顯身手
自散裂中子源建成以來,第一篇用戶實(shí)驗(yàn)科學(xué)成果文章,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生于通用粉末衍射儀團(tuán)隊(duì)。
“我們其實(shí)是末端設(shè)備”,中科院物理所研究員、散裂中子源通用粉末衍射儀(GPPD)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人何倫華告訴《中國科學(xué)報》記者,語氣十分謙虛:“其他團(tuán)隊(duì)這么辛苦地提供高質(zhì)量的中子,我們一定要用好,這樣才能對得起大家。”
來自北京大學(xué)的研究者與通用粉末衍射儀團(tuán)隊(duì)合作,利用中子在晶體物質(zhì)中的衍射效應(yīng),將束流打到晶體粉末樣品上,對一種含有鎳、錳、鈷三種過渡金屬的鋰電池正極材料進(jìn)行了精確的結(jié)構(gòu)分析,確定了材料中一種普遍存在的影響充放電性能的結(jié)構(gòu)缺陷。
與已經(jīng)投入使用多年的美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院BT1中子衍射儀相比,散裂中子源的通用粉末衍射儀性能也毫不遜色,用起來十分“順手”?!拔覀兊脑O(shè)備信噪比很低,誤差很小,因此獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量很高?!焙蝹惾A表示。
中國首臺散裂中子源主裝置 圖丨科技日報
為何這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)一定要通過中子衍射譜儀才能實(shí)現(xiàn)?這與中子本身的特點(diǎn)有關(guān)。
何倫華告訴記者,“新能源、電池材料等方面的研究,最適合用中子源來做”,因?yàn)榕cX射線相比,中子對物質(zhì)中的輕元素更敏感。加之中子本身不帶電荷,穿透力極強(qiáng)等優(yōu)勢,中子源成為科學(xué)家探尋物質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)的利器。
除了通用粉末衍射儀,散裂中子源一期建成的譜儀還有小角散射儀和多功能反射儀。2018年首次正式對用戶開放以來,散裂中子源已完成40項(xiàng)用戶課題,涵蓋超導(dǎo)材料、新型儲氫材料等多個領(lǐng)域的研究。
重用戶體驗(yàn) 做好“翻譯官”
目前,散裂中子源的第二輪開放運(yùn)行已經(jīng)啟動,計(jì)劃在2019年上半年安排20余個用戶開展實(shí)驗(yàn)。建設(shè)一臺裝置,源源不斷地產(chǎn)生“聽話”的中子,其實(shí)是一件非常困難的事情。除了中國,目前世界上擁有中子源裝置的只有英國、美國和日本。
而這樣的大科學(xué)裝置,如果沒有合適的用戶來使用,其價值也不能充分發(fā)揮出來。
“好鋼要用在刀刃上”,中科院高能物理所研究員、散裂中子源數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)負(fù)責(zé)人張俊榮表示。
為大科學(xué)裝置培養(yǎng)用戶也成了工作的一部分。最初,在與高校、研究機(jī)構(gòu)交流的過程中,張俊榮與同事發(fā)現(xiàn),許多用戶不知道能用散裂中子源做什么。
介紹同領(lǐng)域研究者的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、了解潛在用戶的研究目標(biāo)……經(jīng)過一系列努力,散裂中子源的用戶需求也逐漸增長起來。
在今年第二輪開放運(yùn)行申請時,散裂中子源共收到76個課題項(xiàng)目。“與先前開放申請時接到的課題數(shù)量相比,增速非???,而且大部分是國內(nèi)用戶,就像是見證一點(diǎn)弱小的火苗逐漸旺盛起來?!焙蝹惾A表示。
而面對來自不同領(lǐng)域的用戶,張俊榮和同事會不斷地遇到新問題,思考如何解決不同的研究需求。
有一回,來自超導(dǎo)材料領(lǐng)域的研究者發(fā)現(xiàn)通過中子源獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與預(yù)期不一致,張俊榮等人排查后發(fā)現(xiàn),是實(shí)驗(yàn)材料本身的特殊性質(zhì)導(dǎo)致了數(shù)據(jù)異常,便根據(jù)樣品特性做了專門處理。
這些“意料之外”,讓裝置得以進(jìn)一步優(yōu)化。
談及散裂中子源的數(shù)據(jù)分析,張俊榮笑說:“我們就是做‘翻譯’的”。
研究者想通過中子源獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并不是直接將中子束打到樣品上那么簡單。測量出的數(shù)據(jù)其實(shí)非常原始,需要轉(zhuǎn)化成有效數(shù)據(jù)后有選擇性地提取。
對一些經(jīng)驗(yàn)相對缺乏的“初級”用戶來說,張俊榮等人還需要幫他們找出哪些數(shù)據(jù)需要提取、可為研究所用。
要想從“小白”變“資深”用戶,張俊榮表示進(jìn)步的訣竅是多多溝通:“懂得提取自己想要的數(shù)據(jù),用戶一定要知道散裂中子源的性能指標(biāo)如何,能不能解決自己的問題?!?
步履不停歇 再啟新征程
如今散裂中子源能順利投入使用,服務(wù)用戶,其實(shí)是眾多駐守一線的工作團(tuán)隊(duì)日日夜夜、加班加點(diǎn)拼出來的。
散裂中子源的工作原理是給質(zhì)子加速,讓其撞擊金屬鎢靶,從而產(chǎn)生中子。但要實(shí)現(xiàn)這一目的,需要加速器、靶站、慢化器和譜儀等不同團(tuán)隊(duì)通力合作。只要有一環(huán)出了問題,其他團(tuán)隊(duì)的工作就無法進(jìn)行。
2014年,加速器隧道基建延期,為了保證竣工日期不延后,工程經(jīng)理部決定隧道修繕和通用設(shè)備的安裝同時進(jìn)行。
就在這個節(jié)骨眼兒,直線射頻團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)從美國進(jìn)口的4根速調(diào)管出現(xiàn)故障需要返回美國廠家維修。沒有速調(diào)管,直線加速器就無法得到足夠的微波功率,后續(xù)調(diào)試工作也無法進(jìn)行。
為了保證工程整體竣工時間“后墻不倒”,接下來的三年半,直線射頻團(tuán)隊(duì)頂住巨大壓力,爭時間搶進(jìn)度,幾乎成了園區(qū)里的“隱形人”——除了開會、吃飯,其他時間都待在直線設(shè)備樓里調(diào)設(shè)備、排故障。
團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中科院高能物理所研究員李健告訴記者,在高壓設(shè)備反復(fù)調(diào)試的日子里,自己“血壓習(xí)慣性地跟著電壓飆升”,特別怕聽見微信、手機(jī)響,一旦設(shè)備報警出現(xiàn)問題,即便是三更半夜,都要立刻趕往現(xiàn)場。工程項(xiàng)目一路走來,直線射頻團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了努力-失敗-再努力的過程,最終盼來了成功驗(yàn)收的一天。
回想準(zhǔn)備驗(yàn)收調(diào)試的那幾年,確保散裂中子源順利運(yùn)行的責(zé)任壓在了各個團(tuán)隊(duì)和課題組身上,通宵工作、聯(lián)軸值班是家常便飯。
如今散裂中子源已經(jīng)正式投入使用,這些科研人員的使命還在繼續(xù)。
未來,散裂中子源二期建設(shè)開展,更多譜儀有望投入使用,中子源的打靶束流功率還要升級……這個“超級顯微鏡”的用途會越來越廣泛,效率也會越來越高。
“我們不是建設(shè)完了就走了”,中科院高能物理研究所東莞分部副主任金大鵬表示,中國散裂中子源的使命是“筑巢引鳳”,吸引粵港澳大灣區(qū)乃至全世界的用戶來合作,為建設(shè)科創(chuàng)中心提供支撐。
- 原標(biāo)題:“開工”半載,散裂中子源交出成績單
- 責(zé)任編輯:連政
- 最后更新: 2019-03-12 21:40:40
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