這個“超級顯微鏡”能窺探微觀世界奧秘

距離綿陽老城區數公裡的石板埡，坐落著一個看起來很普通的院子。這裡，正是我國現有建成時間最早、運行最穩定、應用成效最顯著的大型科研設施——由中國工程物理研究院核物理與化學研究所（即“九院二所”，以下簡稱“二所”）研發建設的中國綿陽研究堆及其中子散射科學平台所在地。

近日，四川日報全媒體記者獨家實地探訪，揭開又一“四川造”大國重器的神秘面紗。

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為什麼要掌握中子技術？它是打開物質內部世界大門的“鑰匙”

“你知道光緒之死嗎？”一見面，二所中子散射技術與應用研究室主任孫光愛就用這個看似八竿子打不著的案例向記者科普中子技術的應用。

1908年11月，時年38歲的光緒帝與慈禧太后相隔不到一天先后死去。時間如此“巧合”，百年來關於光緒帝是否被害而亡始終眾說紛紜。100多年后，國家有關部門通過對光緒帝的頭發、遺骨、衣物等進行檢測化驗，並從中發現了大量三氧化二砷，終於証實了“光緒帝系砒霜中毒死亡”的猜測。解答這一困擾史學界“百年之謎”的手段中，利用中子特性展開的活化分析功不可沒。

“人的肉眼隻能分辨0.1毫米以上的物質，比如茶杯的形狀、色澤，但是要想不破壞茶杯，了解玻璃內部的核素成分、原子狀態和排列情況，隻能借助科學工具。然而，顯微鏡隻能觀察表面﹔X射線雖能穿透人體，但面對金屬物件時穿透性不足。”孫光愛說，“而中子既是一種不帶電的中性粒子，也是一種波，穿透能力強，對碳、氫、氮、氧等元素非常敏感。此外，中子有磁矩，因而能對磁性材料展開有效測量，且幾乎是唯一的手段。”

利用中子測定物質結構和成分等特性的實驗方法，就是中子分析技術。“好比用無數的彈珠撞擊一組網格，有的彈珠穿過孔隙，有的被網彈射回來。通過探測器收集足夠多彈珠的運動軌跡，再加以計算和分析，不但能反推出這張網的形狀，還能檢測出這些網格在不同溫度、壓力、運動狀態下的運動形態。”孫光愛介紹。

中子能幫助人們將物質的內部世界“看得更清”。掌握了中子技術，就相當於手握打開物質內部世界大門的“鑰匙”，能幫助孕育一大批實用型高新技術。如美國的橡樹嶺國家實驗室，就是依托其對中子技術的研究，建設了納米材料科學中心。

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中子技術有哪些應用?能預測航空發動機“心臟”的服役壽命

穿戴好防輻射服、手套、鞋套等，在孫光愛的帶領下，記者走進二所。大廳中，一個通體黃色的巨大圓柱體，正上方有操作通道和平台——它像一隻巨大的章魚，通過管道連接著9個“觸角”——包括5台精密熱中子儀器、4台冷中子譜儀。它們共同構成了中子散射科學平台，科學家們正是通過這些設備，完成對各類物質的中子科學研究。

測定出食用鹽在水中溶解度隨壓力的變化，打破人們對化學物質溶解度恆定的常規認識﹔在極端條件下造就有機物產生超導或金屬化的“奇異現象”……如今，該中子散射科學平台已在多個前沿領域大顯身手，尤其值得一提的是，它還曾助力新型航空發動機“心臟”——渦輪葉片的應力檢測分析。據了解，中子散射科學平台的儀器可檢測出發動機渦輪葉片不同位置的殘余應力分布，既能反饋優化工藝參數、提高制造精度，還能預測該部件的服役壽命。

二所所長彭述明介紹，作為“超級顯微鏡”，該平台已經對外免費開放，2019年，二所對外合作的實驗機構已達110余家，中子技術廣泛應用於物理學、化學、生命科學等前沿基礎領域以及核電、航空航天等高技術領域。

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哪怕是“小學生”為何也要堅持前行？要有“中國人自己的眼睛”

在綿陽中子散射科學平台建成前，國內科學家做中子科學實驗，隻能到國外同類機構。孫光愛回憶，那時去國外做實驗，“經常排隊大半年，實驗一星期。”

從上世紀90年代開始規劃，2000年正式開始建設，十年磨一劍，中國綿陽研究堆於2012年順利通過國家驗收。二所中子科學團隊也同步開始中子科學譜儀的引進研發，這在當時還是技術領域的“無人區”。

二所反應堆技術和應用研究室主任唐彬回憶，研究堆工程建設期間，曾從國外引入了一個造價上億元的冷中子源裝置，然而外方團隊調試時卻發現裝置內氫濃度超標。“外方專家一致認為夾層損壞，裝置隻有報廢，因此放棄調試。”

“他們可以一走了之，我們不行。”關鍵時刻，在二所副所長錢達志的帶領下，項目團隊全流程梳理，一步步分析，最終找出問題並順利解決。

“當時外方認為我們只是‘小學生’的水平，他們是‘大學生’，結果‘小學生’解決了‘大學生’的難題。”唐彬說。

2013年起，研究堆中子科學譜儀陸續投用，同時，其中的國產技術也不斷迭代。目前，一期的國產替代率已達70%。“以前我們著重解決技術有無問題，現在考慮更多的是技術是否自主可控，能否在國際上實現部分領先。”孫光愛說。

據介紹，目前二所研制的關鍵器件指標，均已超越國際同行的最高水平，自主建設的二期8台譜儀正在順利推進，預計將在1年內全部投入使用。屆時，綿陽中子散射科學平台的終端譜儀將突破19個，具備系統完備的科學研究和多領域應用能力。

訪談

專訪中物院核物理與化學研究所所長彭述明

我們的使命 是從0到1

談起“卡脖子”技術，中國工程物理研究院核物理與化學研究所所長彭述明指了指鼻梁上的眼鏡。“你看，就連我這個漸進鏡片，國內也沒有，還得靠進口。”

核科學研究貫穿了彭述明的大半生。北大畢業后進入二所，“自主創新”四個字更是浸潤其職業生涯。記者與彭述明的對話，也從這四個字開始。□四川日報全媒體記者徐莉莎

中子研究並不遙遠突破的“卡脖子”問題關乎大眾健康

記者：依托中國綿陽研究堆建成的國內首個中子散射科學平台，二所開發了哪些“周邊”？

彭述明：利用研究堆發展應用技術，是我們所的中心工作之一。

記者：能否具體科普下材料輻照考核與放射性同位素的研制、生產？

彭述明：先說材料輻照考核。因為核設施的很多結構材料及核燃料等，在工作中都處於極端條件環境，如高溫、高壓、強輻射，其投用前都要經過輻照考核。通俗而言，就是先把材料放進堆內“考試”，看看能否承受輻照環境的檢驗。

至於放射性同位素，則是目前醫院核醫學科展開疾病診斷、治療與科學研究的基礎。上世紀80年代，我國曾自主生產過同位素，但最近幾十年，因為各種原因我國自主生產的醫用同位素歸零，很大程度依賴進口。2016年，我們從Na131I（碘化鈉）口服溶液入手，利用研究堆小規模恢復生產﹔近3年逐漸擴大規模。去年，我們的供應量達到國內需求量的20%左右。換句話說，我們在一定程度上解決了這類藥品的自主可控問題。

記者：突破了一個關乎大眾健康的“卡脖子”問題？彭述明：這個項目已是2020年四川科技進步一等獎擬獎項目。此外，在核素研制上，我們也取得了最新成果，縮短了和歐美研究水平的差距。

核心技術要掌握在自己手裡三分之一以上科研人員博士畢業

記者：核行業在各個行業中自主化率應該是最高的？彭述明：這個領域比較特殊，“卡脖子”是常態。關鍵核心技術不可能依靠別人，你要不來，買不到。因此，作為核科學領域的國家隊之一，自主創新一直是我們的根本路徑。

我們所一線科研人員600人左右，其中博士畢業生有200多人，創新是我們的責任。

記者：“卡脖子”的形勢可能會更加嚴峻？彭述明：一方面，國際環境變化我們無法准確預判。另一方面，科學技術是動態變化的。我們現在落后的領域主要在高端裝備、核心零部件、基礎研究，如果不跟上，國外繼續往前發展，差距還會進一步拉大。

比如疫情中暴露出的“呼吸機的關鍵零部件依賴於從歐洲和美國進口”問題，再比如我佩戴的眼鏡鏡片，這是一個變焦能力很強的漸進片，可以看近，也可以看遠，這些國內也沒有。

我們要繼續開放合作，但也要有所警覺，一定要有自主可控的清單、自主可用的計劃。

科學家的使命就是科技創新解決好從0到1的問題

記者：2020年是二所獨立建所50周年，對於未來發展，二所有沒有具體構想？

彭述明：基本目標是2030年左右，建成國內外核科技領域有重要影響力的創新型研究所﹔到2050年，希望能與國際水平相當，成為在核科技領域有重要影響力的國際一流研究所。

首先它一定是研究所，不是一個企業﹔希望到2050年，我們的研究創新能力，能在核科學和技術領域處於國際一流水平﹔另外要有一支具有國際水平的人才隊伍。

記者：為什麼強調是研究所不是企業？彭述明：這個問題非常重要。如果思考不清晰，就會把一個研究所和一個企業混為一談。

過去我們做過一些轉化嘗試，發現在科技創新成果轉化過程中，變成全鏈條服務，既要做科技創新、技術突破，還要做產品，甚至后期還要做企業、搞銷售。但是回頭來看，真正在科技創新這個階段的貢獻是有限的。

科學家就是做科技創新的，很多人不能、不會搞企業。我們在經歷了“二次發展”以后反思總結——不能把產、學、研、用一體化變成一個研究所的使命。

現在國家有很好的科技轉化平台，我們做好科技攻關，解決好從0到1的問題。當技術具備轉化條件的時候，讓企業接手去做定制、生產和服務。

□四川日報全媒體記者徐莉莎