東莞散裂中子源建設和設備調試跑出「中國速度」

梁天驕

大器灣成

在距離香港、深圳一個多小時車程的廣東東莞松山湖科學城，有一大片鬱鬱蔥蔥的荔枝林。這裡坐落著我國迄今為止單項投資規模最大的已建成大科學裝置——中國散裂中子源，它由中國科學院（以下簡稱中科院）和廣東省共建，使得我國成為繼英國、美國和日本之後，世界上第四個擁有脈衝式散裂中子源的國家。這一「國之重器」為何落子東莞？為了「國家承諾」，建設團隊怎樣攻堅克難搶回工期？被喻為「超級顯微鏡」的大科學裝置，在善於創造奇蹟的東莞熱土上又如何跑出了不起的「中國速度」？廣州日報記者採訪了中國科學院高能物理研究所（以下簡稱中科院高能所）東莞分部副主任梁天驕，為我們解開這一國之重器的諸多玄妙。

文/廣州日報全媒體記者馬駿 通訊員張瑋、松湖 圖/受訪者提供

大科學裝置為何落子東莞？

為什麼會是東莞？「其實最先在北京選址，並在周邊尋訪了近20個地方。」梁天驕向記者揭秘道，當時全國的大科學裝置主要布局在北京、上海、合肥等地，而華南地區尚是一片空白，但廣東已經認識到科技引領的重要作用，時任廣東省委書記張德江和時任中科院院長路甬祥，已前瞻性地考慮到從全國布局、落地廣東輻射南方、港澳這一重要因素。

「廣東的選址在珠海、廣州和東莞三地進行，其中東莞條件最好。」梁天驕回憶，初期推薦的地塊地質條件不夠好，最終中國散裂中子源工程總指揮陳和生院士通過地圖搜索，「火眼金睛」般地發現了水平村這塊寶地，「這裡比較容易挖掘到基巖，對於建設承重要求高的靶站和沉降要求高的加速器很理想」。

而處於產業轉型升級陣痛期的東莞，對這一大科學裝置亦是求賢若渴，無論是土地還是經費都「給足支持」，按照規劃散裂中子源一期佔地400畝、二期留用600畝。除了在場地方面「七通一平」外，南方電網及時配建了可靠性很高的專用變電站保障設備運行，還專門修建了一條3公裡長的中子源路連接常虎高速，從而讓該大科學裝置一舉融入全國路網。

為了國家承諾這樣搶回工期

散裂中子源建設背後亦有不少鮮為人知的「威水史」。當時整個建設團隊中，有100多名家在北京的科研人員，他們經歷了長達六七年、每年在莞300多天的異地工作，每次面臨建設高峰期時，更需要一天工作十幾個小時。

梁天驕特別提到一段「小插曲」。由於項目所在地複雜的地質條件，建設的加速器隧道出現滲水現象，只能把覆土挖開再在隧道外建擋水牆，如是使得隧道土建工程延期一年多。為了保證對國家承諾的竣工時間，散裂中子源建設團隊咬緊牙關，想了很多辦法將設備安裝調試與土建施工並行，先在地面大廳調試加速器設備，以節省在地下隧道的安裝調試時間。期間有的系統負責人連續幾年未回家過年，2018年春節散裂中子源試運行時，大部分人員留守東莞。

為了做好設備的質量控制和把控進度，及時發現和解決問題，散裂中子源項目的工程人員常年駐廠。「記得有一名同事駐廠兩個多月，當時我拍了幾張他的工作照片發給他家人。」梁天驕說，沒想到其小孩根本沒認出來，直到第二張才看出「是爸爸」。東莞一些廠家的快速反應也給梁天驕留下深刻印象，其間一些配件與當地廠家合作，「有一家我們經常下班時才送出圖紙，第二天廠家就完成加工送樣過來」。

最終建設者們以成倍增加的工作量，搶回了寶貴時間，從而讓散裂中子源建設項目跑出「中國速度」。歷經10餘年的籌備和6年半的建設，2018年8月23日，中國散裂中子源成功通過國家驗收，首期建成1臺8000萬電子伏特的直線加速器、1臺16億電子伏特快循環同步加速器、1個靶站以及3臺供科學實驗用的中子散射譜儀。「通過這一工程建設，在東莞形成了一支高水平的科研、工程、技術和管理隊伍，這支隊伍將為粵港澳大灣區未來大科學裝置建設提供基礎和保障。這一點和裝置的建設同等重要。」中科院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生曾如是評價這支有責任、有擔當的建設團隊。而中國散裂中子源建設團隊，也因此於今年入選第24屆「中國青年五四獎章」常規類集體。

複雜的裝置調試效率驚人

各種高精尖設備組成的散裂中子源裝置被喻稱為「超級顯微鏡」，可用來觀測物質的微觀結構和運動。去年2月19日，著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧先生到東莞訪問中國散裂中子源，對這一項目滿足國家前沿科學研究和國家戰略需求發揮的積極作用表示肯定。著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者李政道，也曾親筆寫信希望中國科學家利用散裂中子源做出世界一流實驗成果。

「大科學裝置不像家裡買個電視機，打開就可以使用。」梁天驕稱，散裂中子源是很複雜的系統，需要長時間調試，「國外同類裝置一般用3年左右時間調試，質子加速器才能達到90%左右的供束率」。而中國散裂中子源僅用了10個月時間，質子加速器的供束率就超過90%，靶站的中子供束效率已優於99.6%，「遠遠超出我們的預期」。

經過建設團隊對相關設備進一步的調試，今年2月28日打靶束流功率達到100kW的設計指標，並開始100kW穩定供束運行，設計指標時間比原計劃提前一年半。作為松山湖科學城已建成的首個大科學裝置，中國散裂中子源目前已完成200多項用戶課題，其中來自粵港澳大灣區的約佔三分之一，來自中國香港、中國澳門的用戶約佔比10%。

梁天驕強調，中國散裂中子源的用戶課題研究重點布局基礎研究前沿領域、國家重大需求和國民經濟「主戰場」的重要問題。如今通過這一超級顯微鏡已取得多項重要創新成果，包括新型鋰離子電池材料結構、斯格明子的拓撲磁性、自旋霍爾磁性薄膜以及太陽能電池、晶片中子單粒子效應等，同時也開展了航空材料、可燃冰、頁巖氣和催化劑等的前期研究。目前已有30多篇用戶實驗成果論文發表，大部分刊發於領域內的國際頂尖期刊。如香港大學黃明欣教授團隊研發的「高強高韌變形分配鋼」，具有高強度和高延展性等優點的論文成為中國散裂中子源首個在《科學》(Science)上發表的用戶實驗成果。

如今一切水到渠成，圍繞中國散裂中子源，東莞正以更大力度打造90.52平方公裡的松山湖科學城，並加快建設綜合性國家科學中心先行啟動區的步伐，全力推動中國散裂中子源二期、南方先進光源研究測試平臺、松山湖材料實驗室等重點項目建設，加快謀劃建設阿秒雷射設施和南方先進光源等大科學裝置，加快打造好科學城的「科學內核」。

中國散裂中子源所在地

快循環質子同步加速器

中國散裂中子源

建設時間：2011年9月（開工）—2018年3月（通過工藝鑑定驗收）

所處地址：廣東東莞松山湖科學城

中國散裂中子源通過自主創新和集成創新，在加速器、靶站、譜儀方面取得了一系列重大技術成果，顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學等領域相關產業的技術水平和自主創新能力，使我國在強流質子加速器和中子散射領域實現了重大跨越。作為粵港澳大灣區首個重大科技基礎設施，該平臺同時也能夠服務眾多產業，為高新技術研發提供支撐，接下來將和松山湖、東莞等共同推進灣區產業界的「對接」，從而為粵港澳大灣區強勁發展增添新的動力，並將為香港和澳門等諸多學科的中子散射研究和應用提供重大發展機遇。自正式開放運行以來供不應求，雖然灣區用戶近水樓臺先得月，但也吸引了北京、上海等地的用戶踴躍前來開展實驗，甚至包括英國等地的國外用戶。