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中國“超級顯微鏡”設備國產化率超過90%

日期:2019-05-29
乾元坤和編輯

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我國迄今單項投資規模最大的國家重大科技基礎設施——中國散裂中子源終于建成。3月25日,該裝置通過了中國科學院組織的工藝鑒定和驗收,成為我國第一臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源,填補了國內脈沖中子應用領域的空白。

 “散裂中子源”通俗來說就是一個用中子散射來了解微觀世界的工具,因此被形象地稱作“超級顯微鏡”,是研究物質微觀結構的“國之重器”。

中國散裂中子源工程總指揮、中國科學院院士陳和生說,很多人使用光學顯微鏡去觀察肉眼無法直接看到的細胞和細菌,而中子探測的世界更為微觀,用中子照相的方法,能夠觀測一滴水是如何從一株植物的根部運輸到枝葉上的。借此可以用于治療癌癥、檢測飛機高鐵安全性等。

不過,要產生中子這個比原子還小的粒子并不容易。按照陳和生的說法,需要將質子加速到16億電子伏特——相當于0.9倍光速,把質子束當成“子彈”,去轟擊原子系數很高的重金屬靶,金屬靶的原子核被撞擊出質子和中子后,科學家才能通過特殊的裝置來“收集”中子。

在這個過程中,質子加速是一大核心技術,而將質子加速到16億電子伏特的關鍵就在于一個名為射頻功率源的系統,后者因此被稱作“超級顯微鏡”的“動力心臟”。中國散裂中子源通過驗收時,由中國航天科工二院23所提供的近50臺套功率源設備同樣全部達到驗收指標。

事實上,因為射頻功率源系統中很多關鍵設備尚無國產先例,加上可靠性要求極高,這些年,不少廠家望而卻步或鎩羽而歸。中國散裂中子源加速器部經理傅世年說,航天科工二院23所是散裂中子源項目從開始堅持到最后的唯一一家關鍵設備配套商,啃下了加速器里80%的硬骨頭。

時任射頻功率源系統工程技術負責人、航天科工二院資產運營部部長肖海潮表示,23所下屬航天廣通的科研人員,用了整整10年才拿下整個射頻功率源系統。他們研制出國內首套200MHz以上大功率四極管功率源、國內首套應用于加速器系統的數字低電平系統——這些都是“填補空白”。

其中,低電平系統負責人王志宇帶領的研制團隊,幾乎從一張白紙開始,完成了國內第一套用于加速器裝置的數字化高頻低電平控制系統,在此基礎上,又衍生成了全數字型、全模擬型、數模混合型等系列化低電平產品線,在國內獨占鰲頭。

不僅如此,整個“動力心臟”團隊還是在和國際“賽跑”。

以其中的325MHz電子管高頻功率源項目為例,該項目負責人姜勇說,這一項目所要求的核心指標全部高于國外同類型功率源,即便是國外實驗室和外方廠家也沒有類似經驗,“可以說越過這道坎就是世界領先”。整個產品在研究所內研發就用了3年,成品配合加速器又調試了4年。

在中國散裂中子源驗收的當天,陳和生提到,整個設備國產化率超過90%,顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學等領域相關產業技術水平和自主創新能力,使我國在強流質子加速器和中子散射領域實現了重大跨越,技術和綜合性能進入國際同類裝置先進行列。

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