大灣區、大裝置、大未來。10月26日，在香港舉行的南方先進光源指導委員會第三次會議上，散裂中子源科學中心與港澳地區8所高校，以及粵港澳大灣區院士聯盟和京港學術交流中心兩個學術機構，分別簽訂合作協議，推進合作建設粵港澳大灣區首臺同步輻射光源——南方先進光源。而就在不久前，被稱為人類最快“閃光燈”的先進阿秒激光設施獲得國家發改委概算批復，即將在東莞松山湖科學城開工建設。

東莞松山湖。

　　巍峨山下，包括目前已進入二期項目建設階段的中國散裂中子源在內，松山湖科學城世界級大科學裝置集群正加速成型，將在推動前沿科學研究和產業創新方面顯現出巨大作用，為大灣區綜合性國家科學中心及粵港澳大灣區國際科技創新中心建設提供了重要支撐。

　　“超級顯微鏡”成果豐碩

　　走進位于東莞松山湖科學城的中國散裂中子源靶站大廳，一處實驗操作間內，一幕科技與傳統交融的場景映入眼簾。科研人員正聚精會神地操作著電腦，細致分析著由能量分辨中子成像譜儀傳輸回來的數據和圖像。屏幕上，一件考古文物以3D模型的形式緩緩旋轉，內部結構在中子成像技術的審視下逐漸顯露無遺。

中國散裂中子源靶站大廳。

　　就在去年，中國散裂中子源的能量分辨中子成像譜儀成功出束，標志著我國擁有了首臺集高分辨成像與衍射功能于一體的實驗平臺。

　　“中子成像技術對于文化遺產的無損檢測，堪稱一項革命性的突破。”中國散裂中子源成像譜儀助理研究員楊陸峰介紹，該技術不僅能夠深入洞察珍貴文物內部的復雜結構，還能揭示文物歷經數百年乃至數千年歲月侵蝕后所形成的銹蝕與腐化機制，從而為文物研究與保護工作提供科學支撐。

　　中國散裂中子源是首個落地粵港澳大灣區的國家重大科技基礎設施，也是我國首臺、世界第四臺脈沖式散裂中子源。

　　用中國科學院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生的話說，散裂中子源就像一種“超級顯微鏡”，通過高能粒子撞擊重金屬靶體，“散裂”出大量中子，再利用中子作為“探針”，研究物質材料的內部微觀結構和運動。

　　中國散裂中子源向全世界研究機構和科學家開放，自2018年投入運行以來，用戶申請便迅速增加，機時供不應求。截至目前，中國散裂中子源的累計注冊用戶達7117人，其中1/3來自粵港澳大灣區，已完成1700多項用戶實驗課題，在航空航天、高鐵船舶、新能源、磁性量子材料、高性能合金、高分子、信息材料等重點領域，取得了一批重要科學成果。

中國散裂中子源。

　　面向前沿科技和高新產業，特別是國家重大戰略需求，中國散裂中子源是先進且不可替代的研究平臺。

　　在航空航天領域，大氣中子譜儀以10億倍加速模擬中子輻照環境，為解決電子元器件在大氣層內和地面的失效問題提供重要手段，為飛機適航論證和航空器安全提供研究平臺；在交通領域，工程材料衍射譜儀對國產高鐵車輪進行內部深層殘余應力測量，給出了高鐵車輪完整的應力數據，對高鐵安全性和性能提速具有重要意義；在鋰離子電池領域，科研人員利用通用粉末衍射和多物理譜儀進行實時原位測量，研究汽車鋰電池的結構特征和鋰離子在充放電循環過程中的輸運行為，對鋰電池性能提升和新型電池研發提供重要技術支撐。

　　“來自高校、科研單位和產業界的用戶，以及一些重大的國家重大項目，對散裂中子源都非常迫切的需求，很多關鍵問題只能在散裂中子源上進行研究。”中國科學院高能物理研究所研究員李曉表示，在中國散裂中子源二期項目啟動之前，就已經開展了8臺合作譜儀的建設，旨在滿足用戶的迫切需求。目前8臺合作譜儀已全部完成建設，將于近期開放運行。

　　國之重器“升級、上新”

　　“大科學裝置建設經費高昂、規模龐大，且高度依賴專業人才，因此多以集群形式存在。”李曉表示，松山湖大科學裝置也正朝此方向發展，力求在未來科研領域占有一席之地。

　　今年1月，中國散裂中子源二期工程在東莞松山湖科學城啟動建設。作為國家重大科技基礎設施，項目主要建設11臺中子譜儀和實驗終端，建成后中子譜儀數量將增加到20臺，并新增國內首臺繆子實驗終端和高能質子實驗終端。

松山湖材料實驗室。

　　據中國科學院高能物理研究所副所長、中國散裂中子源二期工程總指揮王生介紹，二期工程建設周期為5年9個月，預計將于2029年竣工。建成后，加速器打靶束流功率，從一期的100千瓦設計指標提高到500千瓦，意味著在同等時間內能產生更多中子，不僅能有效縮短實驗時間，還能使實驗分辨率更高，能夠測量更小的樣品、捕捉更快的動態過程。“屆時，中國散裂中子源的研究能力將基本覆蓋中子散射所有應用領域。”王生說。

　　毗鄰中國散裂中子源，剛剛獲批建設的先進阿秒激光設施，將為松山湖科學城大科學裝置集群建設重磅加碼。

　　“阿秒”是一個極為短暫的時間單位，是一秒鐘的百億億分之一，可用于觀測電子運動，是電子動力學研究的重要工具，為研究物理、化學、材料、信息、生物醫學等學科中的重大基礎科學問題提供了嶄新的技術手段。2023年諾貝爾物理學獎，就頒發給了阿秒激光領域的科學家。

　　中國科學院院士、松山湖材料實驗室主任汪衛華透露，中國科學院物理研究所作為該裝置建設法人單位，攜松山湖材料實驗室，在松山湖建設國內首個先進阿秒激光設施，其中6條束線及實驗系統將落地東莞。

先進阿秒激光設施建設示意圖。

　　該設施建成后，將成為亞洲首個、世界第二個阿秒激光大科學裝置。

　　為建設管理運行好先進阿秒激光設施，中國科學院物理研究所已聯合松山湖材料實驗室成立了阿秒科學中心，聚集了一大批國內外優秀的研究人員和工程技術人員，希望依托先進阿秒激光設施建成一個超快物質科學的國際化研究中心，協同中國散裂中子源等大科學裝置，在能源材料、信息材料以及基礎物理等領域做出國際一流的成績。

　　“最佳拍檔”呼之欲出

　　在北京懷柔，大科學裝置——高能同步輻射光源（HEPS）正在緊鑼密鼓地建設中，預計今年內將發射“第一束光”。

　　而在松山湖科學城，南方先進光源也正積極籌劃建設，未來將成為中國散裂中子源的“最佳拍檔”。

　　中國散裂中子源和南方先進光源分別以中子和X射線為探針，觀察物質微觀結構和運動。中子不帶電，穿透性強，具有磁矩，與原子核發生相互作用，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素。X射線與原子核外電子發生相互作用，具有連續光譜、高強度、高度準直、高度極化、特性可精確控制的特點。從世界范圍看，把散裂中子源和同步輻射光源放在一起是國際上已經被證實的最佳組合，不僅可以提供更為豐富和完備的研究手段，在支撐高新產業發展、吸引尖端人才、促進學術交流合作等方面能發揮巨大的綜合效應。

　　“大灣區有大量研究工作需要借助同步輻射光源，迫切需要建設一個同步輻射光源裝置。”王生進一步介紹，目前，項目團隊已完成技術指標國際領先的第四代衍射極限同步輻射光源的物理方案設計和優化，開展了一批關鍵技術預研工作，并取得了重要的階段性成果。此外，通過前期廣泛的用戶調研，特別是考慮到粵港澳大灣區未來科技和產業發展的需求，首批規劃建設10條光束線站，與中國散裂中子源聯合，進一步提高實驗支撐能力。

東莞松山湖。

　　為推動項目前期準備工作，由國內代表性用戶及同步輻射研究領域的專家組成的南方先進光源指導委員會，已多次召開用戶會議，持續加快推進該項目的建設進程。

　　“與懷柔的高能同步輻射光源不同，南方先進光源定位于中能區，這類光源裝置在國際上數量最多，支撐領域也更為廣泛。”李曉介紹道，憑借一系列物理和技術上的創新，南方先進光源的設計指標在全球同類裝置中已躋身前列，設計指標達到了國際領先水平。

　　目前，南方先進光源項目已完成物理方案的設計和優化，關鍵技術預研進展順利。“無論是物理方案、關鍵技術，還是人才隊伍等各方面的保障，都已做好充分準備。”李曉表示。

　　產業應用也已經在同步推進，“我們已與多家粵港澳大灣區頭部企業達成合作協議，并期待能進一步深化合作。”李曉表示。

　　巍峨山下，世界級大裝置集群正在崛起。

　　“如果南方先進光源順利獲批立項，與中國散裂中子源、阿秒激光裝置共同形成集群效應，這里無疑將成為全球頂尖的物質科學研究中心之一。”李曉指出，對于大科學裝置的規劃而言，采取“建設一代、規劃一代”的策略是常態，松山湖科學城大裝置集群具備顯著的后發優勢。從大科學裝置的科學壽命來看，松山湖科學城有望在物質科學領域保持30年的領先地位。

　　為新能源企業把脈

　　中國散裂中子源助力鋰電池研究

　　隨著新能源車的普及，鋰電池作為新能源產業的核心部件，其性能與安全性備受關注。然而，如何高效且無損地檢測鋰電池內部結構及其材料反應，成為行業共同面臨的挑戰。

　　中子，這一微小而充滿力量的粒子，以其獨特的穿透能力，為解決這一難題提供了新的思路。

　　依托中國散裂中子源，在新能源汽車領域，通過原位觀察鋰電池的充放電過程，人們首次發現了電池在充放電過程碳鋰化合物的一種不均勻現象，顛覆了業內對此的認識，為鋰電池的性能改進和提升開拓了新視野。

中國散裂中子源科研人員演示用能量分辨中子成像譜儀進行電池檢測。

　　針對電動汽車電池體積龐大且內部反應不均勻的特點，中國散裂中子源的能量分辨中子成像譜儀（ERNI）發揮關鍵作用。它能夠精確測量電池在不同循環壽命、反應階段及服役周期下的不均勻性反應程度，為企業提供詳盡的數據支持，助力電池性能優化。

　　“在新能源產業快速發展的背景下，特別是粵港澳大灣區，中國散裂中子源憑借精確且高效的無損檢測技術，在鋰電池研究方面展現出極高的應用價值。”李曉表示。

　　去年1月，位于東莞松山湖科學城的中國散裂中子源能量分辨中子成像譜儀成功出束，標志著我國擁有了首臺集高分辨成像與衍射功能于一體的中子成像譜儀。ERNI不僅具有深穿透、輕元素靈敏等獨特的優勢，還能與X射線成像互補，共同為科研和工業生產提供更為全面、精準的檢測手段。

　　楊陸峰表示，目前，中國散裂中子源已經與全國多家電池類企業達成合作協議，在電動汽車鋰電池等大型產品的研發與制造方面取得顯著成果。

　　未來，ERNI將服務于國家發展戰略需求和粵港澳大灣區的科技發展與產業升級，在新能源、新材料、高端裝備制造等領域的材料和機器/部件的研發與設計、加工制造、運行與服役性能評價等研究與應用中發揮重要作用，同時將應用于文化遺產和考古、植物生理學、地質、深海等特色研究領域。

　　策劃：羅彥軍 林煥輝 陳戈 胡念飛

　　統籌：郭文君 張志超

　　執行：李江萍

　　撰文：鄭文怡 陳啟亮

　　攝影：黃政正

　　海報設計：莫迪

　　繪圖：郜曈