中国散裂中子源首次打靶成功，标志着中国有了自己的散裂中子源，其主体工程顺利完工，打破英美日三国垄断。被誉为“超级显微镜”的散裂中子源是了解微观世界的利器，能研究诸如DNA、蛋白质、飞机材料等的内部结构。日前，记者对其进行实地探访，获悉即将完工的中国散裂中子源已经开始产业化探索，有望在5年内开启肿瘤治疗新时代。除了生命科学领域，它在材料科学、化工、资源环境、新能源等诸多领域都具有广泛应用前景，可谓能上天入地下海。
据《经济日报》9月11日报道，8月28日上午10时，位于广东东莞的中国散裂中子源（CSNS）靶站谱仪控制室内，科研人员凝视着屏幕，紧张待命。只见工程总指挥兼工程经理陈和生院士一声指令，从加速器引出的质子束流首次打向金属钨靶，顺利获得中子束流。在场的工程人员激动地见证了这历史性的一刻——中国散裂中子源首次打靶成功！中国有了自己的散裂中子源。
深入地下17米深处的CSNS加速器隧道，记者得以窥见这个即将封闭进入试运行的“庞然大物”——它包括1台8千万电子伏特的负氢离子直线加速器、1台16亿电子伏特的快循环质子同步加速器、2条束流运输线、1个靶站、首批建设的3台谱仪等。
那么，CSNS何以成为了解微观世界的“超级显微镜”？这要从微小而神奇的中子说起。
众所周知，X射线能拍摄人体的医学影像。而在材料学、化学、生命科学、医药等领域，科学家们也希望有一种工具，能像X射线一样拍摄到材料的微观结构。中子散射技术就是这样一种强有力的工具，能研究诸如DNA、蛋白质、飞机材料等的内部结构。
中国科学院院士陈和生告诉记者，中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。由于中子不带电、穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，并具有非破坏性，这使得中子散射成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一。
“当中子入射到样品上，与其原子核或磁矩发生相互作用，产生散射，就可以通过测量散射的中子能量和动量的变化，研究各种物质的微观结构和运动规律。”陈和生院士解释，“做一个形象的比喻，假设面前有一张看不见的网，我们不断扔出很多玻璃弹珠，有的穿网而过，有的打在网上，弹向不同角度。如果把这些弹珠的运动轨迹记录下来，就能大致推测出网的形状；如果弹珠发得够多、够密、够强，就能把这张网精确地描绘出来，甚至推断其材质”。
虽然中子如此微小，但产生强中子束的散裂中子源却是异常庞大的装置，是各种高、精、尖设备组成的整体。世界上正在运行的脉冲式散裂中子源主要有英国的 ISIS、美国的SNS和日本的J-PARC，中国的CSNS是全球第四台。
“CSNS的建设攻克了许多关键核心技术难题，设备国产化率超过96%。许多设备的研制达到国内外先进水平。”陈和生院士自豪地介绍。
如此高的国产化率是如何实现的？工程副总经理傅世年分享了设备研发中不为人知的故事，“拿加速器技术来说，与国内外大多数加速器不同，CSNS快循环同步加速器上的主磁铁真空室不能采用金属材料，必须采用陶瓷。这种大尺寸陶瓷真空室技术要求特殊，国外公司要价极高。经费有限，我们决心自己研制。科技人员同时与多个厂家合作，几年间反复多次研制，终于研发出满足设计要求的样机，得知消息后，国外公司立刻大幅降低了报价”。
天上地下显身手
5年内或开启肿瘤治疗新时代
历经10年建设，CSNS即将完工，很快开启了产业化探索的第一步。
8月11日，中科院高能物理研究所与东阳光集团签署合作协议，双方将利用散裂中子源开展硼中子俘获疗法（BNCT）项目，有望在未来5年内开启国内肿瘤治疗新时代。“BNCT是一种利用中子射线治疗肿瘤的技术，能有效杀死癌细胞而不损伤周边组织，具有安全性高、定位精确、价格相对低廉等特点。”东阳光集团董事长张中能说。
神奇中子是如何定向“引爆”癌细胞的？东阳光研究总院院长唐新发介绍，首先，给癌症患者注射一种含硼的无毒药物。由于硼与癌细胞有很强的亲和力，会迅速“潜伏”于癌细胞内。此时，利用加速器产生的中子束照射肿瘤部位，中子就会被癌细胞内的硼所俘获，并在癌细胞内释放出杀伤力极强的射线。这种射线射程很短，只有一个细胞的长度，所以它只杀死癌细胞，而周围的正常组织则不会受损。
中科院高能所所长王贻芳院士透露，高能所将充分利用散裂中子源这一研发平台，结合东阳光集团的肿瘤药研究能力，计划完成首座商业化BNCT治疗中心建设。
事实上，散裂中子源可以大显身手的地方远不止生命科学领域。作为多学科研究的新平台，它在材料科学、化工、资源环境、新能源等诸多领域都具有广泛应用前景，可谓能上天入地下海。
为此，陈和生院士举了许多例子。“1998年6月，德国一辆城际快车意外出轨，造成惨重伤亡。最后查出事故元凶竟然是老化的车轮。而找出原因的，就是英国的散裂中子源。”陈和生告诉记者，无论是高铁的轮轨，还是飞机的涡轮机翼里面都有应力，它决定了高铁和飞机使用寿命和安全性。但是，这个应力看不到、摸不着，对它的研究成了避免类似灾难发生的关键。现在，科学家已经可以在散裂中子源上测量研究轮轨和机翼的剩余应力，优化加工工艺，让高铁和飞机更为安全舒适。
“又如，在海底可燃冰的开采中，如果出现泄漏，后果不堪设想。散裂中子源可用来研究可燃气体甲烷水合物的形成机制和稳定条件，其成果将为安全、高效开采利用可燃冰提供科学依据。”陈和生说。