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中国散裂中子源
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中国散裂中子源（CSNS）是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置，是位于国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台。CSNS由中科院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市，项目预计总投资为23亿元人民币。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置，可带动物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科发展。建成后，CSNS将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源，和正在运行的美国、日本与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。2018年8月23日，中国散裂中子源通过国家验收，投入正式运行，并将对国内外各领域的用户开放。2019年9月26日，中国散裂中子源开始新一轮开放运行。

基本情况

中国散裂中子源是我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首，是国际前沿的高科技多学科应用的大型研究平台。该项目总投资约23亿元，由中国科学院和广东省人民政府共同建设，将于2018年前后建成。建成后将成为中国最大的科学装置，在世界上是第三大散裂中子源装置，仅次于美日，是英国散裂中子源功率的4倍，构成世界四大脉冲式散裂中子源。

该项目将为我国在物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科前沿领域的研究提供一个先进、功能强大的科研平台。

中国散裂中子源（CSNS）将建在广东省东莞市大朗镇，广东省人民政府首期将提供400亩装置用地和松山湖科技产业园区33亩生活用地及七通一平条件，同时广东省人民政府（包括东莞市）在项目建设期间共为中国散裂中子源项目及广东东莞散裂中子源国家实验室提供配套建设资金5亿元，由中国科学院负责承建。广东提供的5亿元经费用于CSNS配套设施、广东东莞散裂中子源国家实验室基础设施建设及人才引进等。CSNS选址在广东省，将充分利用广东省的经济优势，形成南北均衡的科研布局，提高南方各省在大科学装置上开展基础科学研究和工业研发的水平，进一步带动整个南方经济的发展。

项目法人单位中国科学院高能物理研究所具有建设大科学装置的丰富经验，成功建造了北京正负电子对撞机和我国第一台35MeV质子加速器，拥有一支可承担加速器理论设计、机械设计、设备安装、调试和运行的高素质的科研技术队伍，并在探测器等领域拥有国内一流的技术储备。共建单位中国科学院物理所已在中子散射的应用领域从事研究20余年，是国内中子散射重要的研究基地，积累了丰富的中子散射和以及相关的中子物理的知识和经验；靶站建设方面，中国科学院物理所还有一支由该领域老中青科学家组成的精干的队伍，通过前期预研工作，在靶站的关键技术方面取得了一系列重要成果。除此之外，CSNS项目还与国内其他相关研究单位和大学采取强强联合、优势互补的合作战略，已经有中国原子能科学研究院、中国科学院兰州近代物理研究所等多家单位加入到了合作行列，共同为CSNS项目的成功建设贡献力量。

装置建成后，为更好地实现开放和共享，年度运行计划将在充分听取科技委员会和用户委员会意见的基础上审定，并由理事会监督执行。随着国家实验室的设立，基于装置的多学科研究中心和广泛用户群体，CSNS能够跟踪国际散裂中子应用领域最新实验方法和成果，自主研发，创新超越，充分利用装置的高性能和可升级性，为人类科学事业和社会进步做出贡献。 可以预见，CSNS装置的建成及运行必将对南方各省、全国以及东南亚地区产生长期、巨大的科学影响及社会、经济效益。

项目背景

先进的中子源是中子科学研究的基础。自1932年中子被发现以来，能产生高通量中子的中子源一直是科学家不断努力追求的目标。

高通量的中子源包括反应堆和散裂源。核反应堆是一种稳定连续的中子源，在中子科学研究中发挥了巨大的作用。通常使用235U作为核燃料，每次核裂变产生一个有效中子，而释放180MeV的热量。堆芯中如此大量的热量必须及时有效地带出，才能保证反应堆正常运行。正是因为堆芯散热条件的限制，反应堆中子通量在上世纪六、七十年代就达到了饱和。全球公认通量最高的中子散射研究用反应堆是法国的ILL（Grenoble），通量为1.5×1015/cm2/s。

随着科技的进步，相应的研究体系如薄膜、纳米团簇、生物大分子和蛋白质等，尺度分布更大，获得数量在克量级的样品更为困难。因此，小样品的快速、高分辨的中子散射测量迫切需要新一代通量更高、波段更宽的中子源，散裂中子源应运而生。脉冲散裂中子源突破了反应堆中子源的中子通量的上限，正快速地向前发展。

散裂中子源是由加速器提供的高能质子轰击重金属靶而产生中子的大科学装置。通过原子的核内级联和核外级联等复杂的核反应，每个高能质子可产生20～40个中子，每产生一个中子释放的热量仅为反应堆的约四分之一（～45 MeV）。从反应堆中子源发展到高通量脉冲散裂中子源，使中子探针的功能变得日益强大。

建设目标

CSNS的建设将涵盖我国凝聚态物理、化学、材料等多学科领域应用的需要，同时兼顾生命科学、工业应用等领域研究的应用需求。建成后将在发现新型高温超导材料、形成氢离子运动的凝聚态物理新理论、DNA分子识别的纳米自组装、蛋白质相互作用等一系列领域有望获得重大突破。每年将有上千研究人员在散裂中子源利用不同的谱仪互相交流协调、启发借鉴，不同学科也有机会实现渗透、交叉，开辟新领域，创建新学科。工农业生产领域中的许多问题，如研究石油输油管线裂纹的成因、测量飞机涡轮的叶片与轮盘的焊接应力、研究大豆根系的生长等，也能在散裂中子源的帮助下解决。

CSNS的建设过程中，将有大量技术难关等待中国最高水平的科研力量携手攻克。质子加速器、靶站、中子散射谱仪的建设，都涉及大量具战略意义的高技术。建设这样的大科学装置，能直接促进相关高科技研究和工业的发展，还能为我国培养和凝聚一大批高水平的科研人才和工程管理人员。

建设内容

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配套设施，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目前世界上正在运行的所有散裂中子源，将为国内外科学家提供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，都只有美国SNS的十分之一。但在满足科研需求的关键指标——有效中子通量上，CSNS在构型和重复频率上采用了独特先进的设计，能达到美国SNS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。而有效中子通量的保证，使CSNS届时能满足的研究需求是美国SNS的80%。

CSNS建成后，将与英国、美国、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心之一，并且是发展中国家第一台散裂中子源，每年可接待上千名研究人员在不同的谱仪上展开研究。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。

国内现状

高通量中子源在我国有近半个世纪的发展历程。1958年，我国建成第一座实验性重水反应堆，为我国原子能事业的发展打下了坚实的基础，赢得了国际同行的尊重，也同时也发展了中子散射研究。上世纪八十年代，我国中子散射研究得到快速发展，在中国原子能科学研究院建成了国内唯一的一个初具规模的热中子散射实验室，并建成了曾是亚洲地区唯一的液氢冷却的冷中子源。在这台装置上，通过与国内有关单位合作，在凝聚态物理、材料科学等方面做出了一批具有国际水平的工作，并在不少方面有所创新和突破，近十多年来共完成了200余项研究成果；例如，在声子圆偏振色散关系、高温超导材料中氧原子位置、稀土永磁材料的磁结构等方面做出了出色的工作，结果在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B等国际刊物上发表，为我国的热中子散射工作在国际上争得了一席之地。

进入二十一世纪，我国科学研究快速发展，越来越多的研究人员希望利用中子散射深化自己的研究。然而，我国研究用中子源发展相对滞后，高水平中子散射设施缺乏，技术发展缓慢，许多科学家转向国际合作，到国外的中子散射装置上做实验。为适应我国科学研究的发展，增强我国基础科学的原始创新能力，尽快建设我国的散裂中子源和相应的中子散射国家实验室势在必行。

中国原子能科学研究院正在建设的中国先进研究堆（CARR）已于2010年建成，它将成为亚洲主要的中子散射中心之一。如上所述，由于反应堆中子源的特点，CARR堆上进行的研究工作会有一定的局限。为了增加我国科技的整体竞争能力，在我国建设一台脉冲散裂中子源是十分必要的。散裂中子源与CARR堆两者各具特色，相互补充，共同为我国中子科学的发展贡献力量。例如，CSNS谱仪能同时测量大范围的动量能量变化，方便物质整体性能的表征，而CARR谱仪每次都测量某一特殊的动量能量变化点，适合物质某些特定性质的精确表征；CSNS的衍射谱仪将重点关注高动量转移的衍射数据，而CARR的衍射谱仪更有利于小的动量转移数据的测量；CSNS散射谱仪利用飞行时间相应的中子能量分辨，重点测量多晶态物质中基本元激发及相应的态密度等，而CARR的三轴谱仪利用单色能量的甄别，重点测量单晶物质中各种激发的色散关系等。除中子散射外，CSNS与CARR在其他研究和应用的领域内也各有优势。例如，CSNS有利于基于质子束、μ子和快中子束的各项基础和应用研究以及核废料嬗变研究等；CARR堆则更有利于同位素生产、半导体辐照、中子照相等。

高通量的散裂中子源是当前研究用中子源的主流发展方向，发达国家把它作为提高科技创新能力的重要举措之一，正在积极建设。我国科技水平和经济实力正在迅速提高，也迫切需要自己的散裂中子源这一多学科应用的大型综合性平台，为科学技术和经济建设的可持续发展提供强有力的支持。尽管散裂中子源在我国尚属空白，但部分相关技术在我国有不同程度的储备。高能物理研究所拥有35MeV质子直线加速器的建造和运行经验，可为散裂中子源的质子直线加速器的设计、制造、安装和调试提供经验和借鉴。强流质子加速器组经过5年的奋斗，成功研制了一台能量为3.5MeV的强流质子射频四极（RFQ）加速器，这是我国自主建成的第一台强流RFQ加速器，其束流工作比已达到了6%，主要指标位居世界前列。自上世纪80年代以来，我国的同步加速器技术取得了长足的发展。北京正负电子对撞机BEPC于1988年竣工，束流能量为1.0～2.5 GeV，已成功运行了近20年，现已完成升级改造；1989年，合肥国家同步辐射光源HLS建成出光，能量为800 MeV、平均流强达100～300mA。兰州重离子冷却储存环HIRFL-CSR也在2007年建成并达到验收指标。能量为3.5GeV的第三代同步辐射光源-上海光源SSRF已在2009年建成，并投入运行。上述同步加速器的设计和建造也可为我国散裂中子源的质子同步加速器的建设提供宝贵的经验。散裂中子源的中子散射谱仪通常使用的飞行时间技术，在我国反应堆的部分谱仪上也曾使用，其方法、技术和工艺均可借鉴。

CSNS是我国第一台散裂中子源。建造综合性能位居世界前列的CSNS，设计和技术上必然存在挑战，众多关键技术必须进行预制研究，研究成果也将为国际散裂中子源的发展做出重要贡献。CSNS的建设将广泛调研国际上散裂中子源的建设和运行情况，认真总结经验和教训，尽可能地采用先进和成熟的技术，确保建成后的CSNS达到设计指标。

CSNS将是发展中国家拥有的第一台散裂中子源，其脉冲中子通量将位居世界前列。在加速器、靶站和谱仪等各方面采用了一系列世界先进的设计和技术，束流功率为100kW的CSNS其有效中子通量将与英国卢瑟福实验室的散裂中子源ISIS所达到的水平相当，可以满足我国在多学科领域内对中子散射的强劲需求。

对中子散射而言，更高的中子通量在进一步减少实验所要求的最小样品量和缩短测量时间上具有优势。与兆瓦级的美国散裂中子源SNS和日本散裂中子源J-PARC相比，只有极小部分课题如超薄膜、快速反应和快速相变过程等不能在CSNS开展。CSNS设计的最小样品量在毫克量级，最短测量时间在分钟量级，能满足各学科90%以上的中子散射研究需求。

综上所述，投资仅为国际上兆瓦量级散裂中子源百分之十几的CSNS是符合我国国情的、能满足我国科技发展需要的、高性价比的大科学装置。

社会影响

2018年12月20日，中国散裂中子源当选为2018年度科技类十大流行语。