一個中子與一座城的奇妙反應

 直徑只有原子的十萬分之一，質(zhì)量為1.6749286 ×10-27千克，平均壽命為896秒……

 這是中子，原子核包含的兩種粒子之一，算得上“微不足道”。

 然而，正是這般“微不足道”的中子，“落在”廣東的“制造業(yè)之都”東莞，扎根巍峨山下、松山湖邊，4年多來，“散裂”出科研的“龐然密林”：

 500多人的“科研天團”、800多項研究課題、3800多名注冊用戶來了；一批高校院所、實驗室、研發(fā)機構、青創(chuàng)基地接茬落戶，一群群教授、研究員甚至院士常常在不經(jīng)意間和尋?！袄陷浮辈良缍^；松山湖科學城和深圳光明科學城一道被納入大灣區(qū)綜合性國家科學中心先行啟動區(qū)……

 一切變化，還要從一群人和一個大科學裝置——中國散裂中子源說起。

 磁  吸

 小小中子，看不見、摸不著，卻吸引一流科研機構、重大科技基礎設施紛紛前來，對海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應日益顯現(xiàn)

 現(xiàn)任中國科學院高能物理研究所所務委員、東莞研究部副主任王生，就是這群人中的一個。

 2017年6月，他和中科院院士、中國散裂中子源工程總指揮陳和生，高能所副所長、東莞研究部主任陳延偉，一起接待了來調(diào)研的時任中科院副院長王恩哥。彼時，距離中國散裂中子源首次打靶成功、獲得中子束流還有兩個多月。

 說起散裂中子源的用處，陳和生有一段比喻：“散裂中子源就像‘超級顯微鏡’，是研究物質(zhì)材料微觀結構的理想探針，為我國材料科技、物理、化學化工、生命科學、資源環(huán)境和新能源等領域的研究提供了一個技術先進、功能強大的科研平臺?！?

 這其中的材料科技，就是王恩哥的專業(yè)領域。當年底，在王恩哥發(fā)起推動下，廣東首批4家省實驗室之一的松山湖材料實驗室啟動建設，并于次年4月注冊成立，選址就在距離散裂中子源數(shù)公里開外。至今，實驗室已聚集600多名科研人員，引進創(chuàng)新樣板工廠團隊25個，注冊成立38家產(chǎn)業(yè)化公司，注冊資本超過3億元。

 小小中子，看不見、摸不著，甚至不帶電，竟有如此強的“磁吸力”？

 對此，王生科普道，中子和X射線一樣，都是研究物質(zhì)結構和動力學的強有力工具，但與后者主要和原子核外電子發(fā)生作用不同，中子是與原子核作用，即“遇見”原子核時發(fā)生散射或反射，通過分析中子的飛行軌跡，反推出原子核的內(nèi)部結構，從而進行科學研究，“因此，在‘透視’材料微觀結構和性能，研發(fā)新型前沿材料上，散裂中子源有不可替代的作用?！?

 為國家探索前沿科學問題、攻克產(chǎn)業(yè)關鍵核心技術，這是王生和同事們不遠千里從北京來到廣東，花6年半時間建設大科學裝置的初心。

 其實，我國早在本世紀初就開始謀劃建設散裂中子源，最終確定由中科院和廣東省共同建設，落地東莞松山湖。如今，中國首臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源，總投資約23.5億元，設備國產(chǎn)化率達到90%以上，裝置整體設計先進，研制設備質(zhì)量精良，靶站最高中子效率和3臺譜儀綜合性能達到國際先進水平。

 這臺投資規(guī)模巨大的“國之重器”，結束了珠三角地區(qū)沒有國家大科學裝置的歷史?！爸袊⒘阎凶釉丛跂|莞的成功建設，展示了廣東省引進大科學裝置、推動科技創(chuàng)新的決心和成就，吸引了國內(nèi)許多一流的科研機構落戶廣東，共同建設大科學裝置?！标惡蜕锌?。

 中國散裂中子源規(guī)劃建設時，還沒有“粵港澳大灣區(qū)”的概念?！奥涞貣|莞是富有遠見的決定，有利于優(yōu)化中國大科學裝置的布局，把基礎研究和應用基礎研究的雄厚實力、珠三角地區(qū)強勁的經(jīng)濟實力，以及對科學技術和產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求結合起來?！睎|莞市委副書記、松山湖高新區(qū)黨工委書記劉煒說，中國散裂中子源的磁吸效應對海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應日益顯現(xiàn)。

 香港大學教授黃明欣長期從事材料研究，過去他需要向國外的散裂中子源申請機時，設計好實驗步驟，把材料寄到國外，做好實驗之后，再傳回數(shù)據(jù)。2018年8月，中國散裂中子源正式投入運行?！霸谧约议T口做實驗，太方便了。”當時，具有廣泛應用前景的“超級鋼”正進入黃明欣的視野。利用中國散裂中子源的通用粉末衍射儀，他的團隊發(fā)現(xiàn)了強度高而且韌性好的“超級鋼”微觀機制，為改進這種鋼的斷裂、韌性和腐蝕性等問題提供了關鍵數(shù)據(jù)支撐。

 如今，以中國散裂中子源為起點，廣東重大科技基礎設施實現(xiàn)了“從0到1”“從1到多”的跨越，江門中微子實驗、惠州的強流重離子加速器和加速器驅(qū)動嬗變研究裝置等一批國家重大科技基礎設施先后落地建設，探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、引領技術變革。

 撞  擊

 這一撞，不僅“撞”出了中子束流，還“撞擊”著東莞的“世界工廠”城市理念，“撞”出巨大的發(fā)展空間

 “你看，散裂中子源裝置主要包括1臺負氫離子直線加速器、1臺快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、2條束流輸運線、1個靶站，以及一期3臺譜儀?！睂嶒灅堑纳潮P模型前，中國散裂中子源研究員李曉挨個介紹不同設備的名字和用處。

 “簡單說，就是用高能質(zhì)子束去撞擊重原子靶。這里面最關鍵的是加速，跑不快，撞不開，一切都是空談?！崩顣哉f，經(jīng)過直線、循環(huán)加速，質(zhì)子束的速度被提升到0.9倍光速，然后“轟”一下，被撞出來的中子四散飛奔。

 整個過程，用時約0.02秒。然而，從北京的中科院高能所大院到東莞山腳邊的第一條中子束流，這條路，科學家們卻走了十幾年。

 王生全程參與了散裂中子源的建設和運行，“不僅裝置極為龐大，而且部件繁多，工藝極其復雜。大家為同一個目標匯聚在這里，記不清度過了多少個不眠之夜?！?

 國內(nèi)首次研制快循環(huán)同步加速器的25赫茲交流磁鐵；創(chuàng)新性提出諧振磁鐵電源的諧波補償方法，解決了多臺磁鐵之間的磁場同步問題，效果優(yōu)于國外散裂中子源……一個個技術挑戰(zhàn)被逐一攻克。

 2017年8月，中國散裂中子源首次打靶成功。當時，人們可能想不到，這一撞，不僅“撞”出了中子束流，還“撞擊”著東莞作為“世界工廠”的城市理念，為這座城市、廣東，乃至后來的大灣區(qū)，“撞”出巨大的發(fā)展空間。

 撞擊而來的中子束流，慢化后通過中子導管引入特定的譜儀，即可開展實驗研究。在一期工程已建成并對外開放3臺譜儀的基礎上，中國散裂中子源還與各高校、研究機構等積極開展合作，共同建設8臺合作譜儀?！懊總€譜儀就相當于一個實驗站，對應不同的實驗領域和方向。”王生解釋。

 其中，由東莞理工學院投資8000萬元，聯(lián)合中國散裂中子源和香港城市大學建設的多物理譜儀是國內(nèi)首臺中子全散射譜儀，可用于不同有序度材料的結構研究。自2021年10月正式向全球的科研人員開放以來，香港中文大學、香港科技大學、香港理工大學、澳門科技大學等高校的用戶在這里開展多項實驗研究。

 從最初不為人所知，到吸引各路“科研天團”紛至沓來，對科學的向往像漣漪般，在這里圈圈蕩開。

 從2012年中國散裂中子源土建動工開始，王生每年待在東莞的時間超過300天，早就把這里當成了自己的第二個家。以前，他總覺得東莞是個遍地車間的“大工廠”，但隨著周邊聚集起越來越多“學術大咖”、科研“大?！保粗慌排湃瞬殴?、科研院所等鱗次櫛比，他明顯感受到，科學城的成色愈加鮮明了。

 當然，作為開放共享的平臺，中國散裂中子源同樣服務于建造它的中科院高能物理研究所的科學家，開展相關學科的前沿研究。散裂中子源的開放運行也已吸引一些國際一流專家來高能所工作。但王生說，他們自己也要像大家一樣申請機時。散裂中子源主要服務于國家戰(zhàn)略需求，為利用這個平臺開展研究的科學家提供最好的研究條件和科研服務。2018年以來，中國散裂中子源完成7輪開放運行，科學產(chǎn)出重點在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等領域，目前已在《科學》《自然通訊》《先進材料》《美國化學會志》等期刊上發(fā)表文章120余篇。近年來中國中子散射用戶快速增長，今年上半年收到課題474項，同比增長89%，國家重大需求用戶增長較快。

 “目前，我們一年開放機時超過5000小時，運行效率達到97%，仍然供不應求?！蓖跎寡裕F(xiàn)在只有1/3的申請能得到滿足，只能盡量增加開放時間。好消息是，中國散裂中子源正在布局二期工程。屆時中子譜儀總數(shù)將達20臺，加速器打靶束流功率將從100千瓦提升到500千瓦，研究能力將大幅度提升。

 散  裂

 中子“扎根”，“散裂”出“龐然密林”，許多創(chuàng)新研究在東莞和大灣區(qū)落地，科學裝置的建設也推動當?shù)禺a(chǎn)業(yè)迭代升級，“科技創(chuàng)新+先進制造”被定義為城市特色

 在王生推薦下，記者來到南方醫(yī)科大學附屬東莞醫(yī)院（東莞市人民醫(yī)院）。一棟新的大樓已經(jīng)封頂，樓體上的藍色條幅寫著“東莞市人民醫(yī)院硼中子俘獲治療（BNCT）項目治療中心大樓”，緊挨著它，另一棟 “BNCT研究樓”也在施工中。

 這是落戶在該院的硼中子俘獲治療項目——中國散裂中子源“散裂”出的一個重大成果，今年底將竣工并安裝第一臺實驗機。

 “項目建成后將立足東莞、輻射大灣區(qū)，為惡性腫瘤等患者提供全新的治療手段，并大力推進惡性腫瘤治療和研究領域的發(fā)展?！痹撛狐h委書記蔡立民說。

 硼中子俘獲療法開創(chuàng)了攻克惡性腫瘤的新途徑。它利用了含硼藥物進入人體后會在癌細胞中富集，并且能夠俘獲熱中子的特性，通過用熱中子照射，發(fā)生俘獲反應產(chǎn)生的約230萬電子伏裂變能，僅作用在約10微米的癌細胞上，徹底破壞其遺傳鏈結構，使其不能修復而死亡；同時周圍不含或極少含硼的正常細胞在中子照射下不受傷害，從而精準殺傷惡性腫瘤。

 放眼國際，硼中子俘獲治療設備已在日本上市。東莞能突破這一關鍵核心技術的自主可控，得益于院地企之間的一次聯(lián)動：2018年東莞市兩會上，中科院高能物理研究所副研究員、后來成為BNCT治療端運行負責人的童劍飛提交了一份建議書，報告了陳和生院士團隊自主研發(fā)的我國首臺加速器硼中子俘獲治療實驗裝置，并提出有技術轉(zhuǎn)化的價值。東莞十分重視，經(jīng)過審慎評估，決定在東莞市人民醫(yī)院建設硼中子俘獲治療項目。

 “這不僅是一個造福患者的治療項目，未來在治療規(guī)范、適應癥以及硼藥等相關領域的基礎研究前景廣闊，也將是一個腫瘤相關人才聚集和團隊創(chuàng)新的絕佳科研平臺。”雖然項目真正應用到臨床還得再等幾年，但蔡立民已十分憧憬。

 自中國散裂中子源投入正式運行以來，來自粵港澳大灣區(qū)的用戶超過1/4，許多創(chuàng)新研究在東莞本地和大灣區(qū)實現(xiàn)了落地。反過來，中國散裂中子源的建設也離不開各方的配套設備供應，這推動著本地產(chǎn)業(yè)的迭代升級?！拔覀冊谟幸馀囵B(yǎng)廣東本地的廠商來合作解決問題。為了把裝置的指標推到極致，經(jīng)常需要最前沿的技術?！蓖跎f。

 就拿中子衍射譜儀閃爍體探測器來說，乍看只是個其貌不揚的金屬盒子，卻是散裂中子源譜儀的關鍵核心裝備?！八奶綔y有效面積非常大，在散裂中子源的中子探測領域里，可以提供非常全面、更加多維的信息?！睎|莞理工學院科技創(chuàng)新研究院副院長魏亞東說。

 過去，中國散裂中子源中子檢測關鍵設備依賴國外進口。為實現(xiàn)國產(chǎn)化，自2019年5月開始，散裂中子源科學中心與東莞理工學院共建了先進探測技術聯(lián)合實驗室，聯(lián)合開展先進粒子探測技術研究。研究團隊先后成功突破探測器光纖加工塑形、閃爍屏精密成型和波移光纖端面耦合等一系列關鍵制造技術。目前，為散裂中子源量身定制的閃爍體探測器已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并通過中子束流測試，關鍵性能達到相關設計指標，即將安裝到譜儀上。

 雖然是定制實驗設備，不可能給實驗室創(chuàng)造很大的出貨量，但在魏亞東看來，為實現(xiàn)批量自動化生產(chǎn)，實驗室?guī)熒餐邪l(fā)了獨一無二的制造加工設備，將來可以在中子探測器的工程化和裝備制造的產(chǎn)業(yè)化方面，開拓新的空間。

 影響更深遠的“散裂”，還折射在東莞的城市氣質(zhì)上。陳和生清楚地記得，打靶成功當晚，幾個年輕人在餐館用餐，相關的電視新聞正好播出，一個陌生人聽聞他們是中國散裂中子源的科研團隊后，臨走時悄悄為他們結了賬?！半m然是件小事，但能感覺到東莞市民對團隊的尊重?！标惡蜕f。

 “源頭創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、企業(yè)培育”，如今，東莞打造了全鏈條創(chuàng)新體系，技術創(chuàng)新活躍度迅速提升：2021年，全市研發(fā)經(jīng)費支出占GDP的比重達到3.54％，位居廣東省第二；科技創(chuàng)新綜合競爭力挺進全國城市20強……

 “科技創(chuàng)新+先進制造”被定義為未來5年東莞的城市特色。“東莞將進一步加大科技創(chuàng)新賦能力度，與粵港澳大灣區(qū)其他城市錯位發(fā)展，形成最佳拍檔，扎扎實實推進自身的高質(zhì)量發(fā)展?！睎|莞市委書記肖亞非說。

 這樣的愿景，離不開王生和同事們的努力，離不開中國散裂中子源等大科學裝置對科研、產(chǎn)業(yè)乃至城市的持續(xù)磁吸、撞擊、散裂。一個中子與一座城的奇妙反應，還在繼續(xù)……

《 人民日報 》（ 2022年09月08日 13 版）

編輯:月兒