中科院高能物理研讨所东莞分部副主任梁天骄研讨员给咱们介绍了我国散裂中子源的作业原理。
我国散裂中子源每40毫秒供给20多束脉冲中子束流，照耀各种资料，让人们取得物质在原子层级上的结构和运动的信息。这样的信息对探究基础科学问题、研制高性能资料、研讨高铁轮轨失效机理等十分重要。
中子束流从哪来呢？
原子包括由中子和质子构成的原子核和核外电子。质子和电子能够较容易地经过氢原子的电离等办法取得。在地球上，超越一半的物质质量由捆绑在原子核内的中子奉献，而自在中子因为其半衰期只要八百八十多秒，数量很少。要把中子从原子核中释放出来，需要给原子核内的中子供给很大的能量，才干战胜将它束缚在原子核内的很强的核力。
散裂中子源，便是用高能质子炮击原子核的办法发作中子。
要把原子核“撞碎”，需要比原子核小的东西作“子弹”。咱们的子弹，即质子，依据量子力学的波粒二象性，质子既是一个粒子，但一起又有波的性质。质子能量越高，波长越短。质子能量较低时，它的波长大于原子核的直径，这时质子只能与整个原子核发作相互效果，不能给原子核内的中子供给满意的能量。而当质子能量满意高时，其波长会小于原子核的尺度，这时，入射质子能够与原子核内的中子、质子等核子发作独自的磕碰，入射质子与被磕碰的核子能量比较高时，它们还能够持续与原子核内的其他核子发作磕碰，乃至将原子核“撞碎”，就像打台球的开球时相同，然后让原子核内的中子释放出来为咱们运用，这样的一个进程叫做核内级联磕碰。
我国散裂中子源运用直线加快器和环状加快器把质子加快到高达光速（世界中最快的速度）的百分之九十，能量到达1.6GeV，然后操控质子炮击由重金属钨制成的靶。高能质子除了把钨原子核中的一些中子直接撞出原子核，还会使原子核处于能量高、不稳定的激发态，激发态的原子核就像一壶烧开的水，不断向外“冒泡” ，进一步“蒸腾”出一些中子、氘核、α粒子等轻粒子。高能质子入射重核后这一系列杂乱的核反响统称为散裂反响，一个1.6GeV的质子能够从钨原子核中释放出四十多个中子。
这些中子在靶站内经过液态氢或水慢化后，速度从每秒几万公里降到每秒几百到几千米，之后向五湖四海飞散。
环绕靶站，我国散裂中子源已建成了3条中子谱仪：通用粉末衍射仪、小角衍射仪和多功能反射仪。
谱仪便是引出中子束并经过不同的办法运用中子勘探物质微观结构和运动的仪器。不同的谱仪作业原理各异，应用领域，规模也不尽相同。
谱仪详细怎么勘探物质结构呢？以通用粉末衍射仪为例，中子束流照耀在样品后，部分中子向各方向散射开，谱仪会记载这些散射中子的方向，以及各个方向上有多少中子。在中子的波长与样品微观上周期摆放的原子间的间隔满意必定联系时，一些方向的散射中子数量会明显添加，资料的不同原子结构会让中子以不同办法散射。运用记载的散射到不同方向中子的“蛛丝马迹”，人们能够反推资料的微观结构。
这样的一个进程与X射线研讨微观结构有殊途同归之处，运用类似波长的中子和X射线。奇特的是，这两种勘探手法在许多方面刚好优势互补，相得益彰。
比如X光是勘探重元素（如金、铅）的利器，对轻元素却不太灵敏。而中子束刚好对勘探氢、碳等轻元素效果甚佳，而且能够区别同位素。
运用我国散裂中子源宣布的第一篇试验效果论文，便是在通用粉末衍射仪上研讨锂电池的正极资料的微观结构。在原子层面临锂电池资料和作业机制的深入研讨，有助于科学家开发更高容量、更安全的锂电池。
作为国之重器，我国散裂中子源正在发挥越来越重要的效果。
文 图 吴虞
