散裂中子源项目

工程投资额:12亿

工程刻日:2006年——2012年

中国目前领有4座高亮度高性能的X射线源,别离位于北京、安徽合肥、台湾新竹和上海(在建),但尚未有高性能的脉冲中子源,建造一座高性能的脉冲中子源将能使我国在物理学、化学以及21世纪最有生命力、最活跃的学科,如生命科学、材料科学、纳米科学、医药、新能源研发和一些工程技术应用领域取得不可揆度的进步,很多已往无法涉足的研究和应用领域也能得以开展。 

散裂中子源不仅面向世界科学最前沿,有力晋升中国基础研究和高技术水准,同时促进中国在能源、国防、工业等领域先进技术发展。经由过程散裂中子源项目发展起来的强流质子加速器,可用于航天器件辐照效应的地面模拟试验研究。利用中子散射对工程材料和器件缺陷及应力的深度检测,可为工程器件确定可靠的使用刻日,现已经成为一种先进的无损检验方法。散裂中子源的质子和中子可用于肿瘤的放射性治疗研究,已在很高发财国家得到应用。

中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,简称CSNS)是我国“１０月１日五”期间重点建设的大科学装置,已列入国家中长期科学和技术发展规划。经国务院批准,将建造一个质子束功率达100kW、有用脉冲中子通量居世界前列的散裂中子源装置。国家支持建设经费约12亿元,建设期为7年。它于2012年建成后,将对中国科学家的创新性研究产生“不可揆度”的影响。 

近年来,随着强流加速器技术的发展,百千瓦到兆瓦级束流功率的散裂中子源成为国际公认的、新一代高通量、宽波段、高效安全的中子源。20世纪后期,欧洲、usa、日本等发财国家纷纷开始计划、设计并建设新一代、功效强大的散裂中子源,其有用中子通量将比基于反应堆的中子源提高10-100倍。 

usa的散裂中子源SNS位于橡树岭国家实验室,总投资14亿美元、设计束流功率为1.4 兆瓦。SNS经过7年建设于2006年4月28日产生出第一束中子,其进级工程同时启动。总投资约18亿美元的日本散裂中子源J-PARC正在建设中,建设周期约8年。其快循环同步加速器将供给1兆瓦的质子束流用于驱动散裂中子源。 

英国已成功运行20余年的散裂中子源ISIS正在进级改造其质子加速器(投资约3亿美元),并建设ISIS的第二靶站。亚洲邻国南韩和印度,也正在踊跃筹建束流功率为百千瓦量级的散裂中子源:PEFP和ISNS。 

我国CSNS建设包括:一台80MeV负氢直线加速器,一台1.6GeV快循环质子同步加速器,两条束流输运线,一个靶站,7台中子散射谱仪、辐射防护系统及相应的组成一套设施,随着科学研究的深入,未来中子反射谱仪将达18台。束流功率为100千瓦、脉冲重复频率25赫兹的CSNS脉冲中子通量设计指标超过眼前世界上正在运行的所有散裂中子源,将为国内外科学家供给世界一流的中子科学综合试验装置。

考虑我国国情和科学技术发展的实际需要,12亿元人民币的投入、0.1兆瓦的设计功率,都只有usaSNS的十分之一。但在满足科研需求的关键指标——有用中子通量上,CSNS在构型和重复频率上采用了独特先进的设计,能达到usaSNS的五分之一,将位列世界第三,且这一排名至少可保持到2020年。而有用中子通量的包管,使CSNS届时能满足的研究需求是usaSNS的80%。

CSNS建成后,将与英国、usa、日本的散裂中子源相并列,成为世界四大主要脉冲散裂中子源科学中间之一,并且是发展中国家第一台散裂中子源,每一年可接待上千名研究职员在不同的谱仪上睁开研究。CSNS建设吸引了国际科学界的广泛参与,自2002年起,世界上该领域最知名的专家就被邀请参与中国散裂中子源的设计和相关研究。

中国科学院基础科学局局长、中国科学院院士张杰2006年7月31日在接受新华社记者采访时说,usa、日本等发财国家正在踊跃建设散裂中子源,将其作为晋升科技创新能力的重要手段之一,中国也迫切需要建设一个这样的大科学平台。 

同时担任中国散裂中子源项目负责人的张杰说:“中国散裂中子源在构型和重复频率上采纳了很是独特的设计,是以在谱仪上看到的有用中子通量指标将名列世界前茅。” 

他说:“中国散裂中子源将在物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、新能源研发等领域产生不可揆度的影响。它产生的冷中子,将可能在生命科学研究上引起重大冲破。” 

中国散裂中子源是一个国际科学界广泛参与的重大科学装置。自2002年起,世界上该领域最知名的专家就被邀请参与中国散裂中子源的设计和相关研究。 

张杰说:“目前世界上的散裂中子源装置还远远不敷,供不应求。中国散裂中子源建成后,可以做很多科学事情。在共同研究方面,国际合作不存在任何障碍。” 

主要负责中国散裂中子源靶站和谱仪建设的中国科学院物理研究所今天在北京举行了第三届散裂中子源多学科应用研讨会,邀请了usa、日本、英国散裂中子源项目负责人介绍各自的进展环境,并让用户提出对中国散裂中子源的性能要求,中国科学家将据此改进总体设计和谱仪参数等。 

张杰说,中国散裂中子源需要300名不同学科领域的科学家和工程师一起事情。全部建成后,每一年将接待上千名研究职员在不同的谱仪上睁开研究。 

中子在宇宙中大量存在,构成了一半以上的可见物质。科学家设计出散裂中子源,用来自负型加速器的高能质子轰击重金属靶,重金属原子核在高能质子的轰击下发生散裂,释放出中子,这些个中子形成束流,被引向中子谱仪。科学家利用中子谱仪研究一系列新颖材料最本质的结构细节和运动轨迹。 

据专家介绍,基于加速器的散裂中子源不使用核汽油、不产生长寿命的核废料,而且中子通量冲破了反应堆型中子源的上限,安全易控,是今后中子源的发展方向。

中子的发明及其应用是二十世纪最重要的科技成就之一。中子诱发核裂变的发明引起了核武器和核能源的研发。中子是研究物质结构和动力学性质的理想探针,中子散射技术已在很多基础学科中如凝聚态物理(固体和液体),化学(特别是高分子化学),生物工程,生命科学,材料科学(特别是纳米材料科学)等多学科领域的研究中被广泛采用。中子出产的人工放射性同位素、中子活化分析、中子掺杂出产半导体器件、中子辐照加工等等,已被广泛应用于医疗和工业,并产生了巨大的经济效益。

展望21世纪中子科学装置的主流发展趋势,一是高通量研究性反应堆,另一是散裂中子源。高通量反应堆的源强要达到 1 ×1015/cm2.s,散裂中子源束功率要达到兆瓦量级。这两类中子源的特点和上风互相补充,成为材料、生物、生命、核物理等学科研究不可缺少的工具,为相关尖端技术如纳米、信息、环境、医药等的发展供给创新的平台。

兆瓦级的多用途脉冲散裂中子源是当前世界上中子源发展趋势, 它为21世纪最前沿科学发展作出的贡献不可揆度。它不但是为物理、化学、生物、材料等基础研究课题服务的中子散射的大科学平台,也可以成为为核物理、天体物理、核医学、核化学、能源工业和国防建设服务的大科学平台。 

0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.mz520.net/tu.asp?url=http://gjss.ndrc.gov.cn/cxtx/zstd/W020061230635509015733.jpg" border="0" onclick="zoom(this, this.src)" onload="attachimg(this, 'load')" alt="" style="word-wrap: break-word; line-height: normal; ">

中国散裂中子源设计成效图