原標(biāo)題：我國首臺高能非彈性中子散射譜儀完成驗收

“超級相機”，為微觀世界拍高清“紀(jì)錄片”

不久前，在位于廣東東莞的中國散裂中子源，我國首臺高能直接幾何非彈性中子散射飛行時間譜儀正式完成驗收并交付使用。這臺由中山大學(xué)和散裂中子源科學(xué)中心聯(lián)合研制建設(shè)的大型科研儀器，用于觀測物質(zhì)微觀世界的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)性質(zhì)，填補了我國百毫電子伏以上非彈性中子散射的空白。

“如果把常規(guī)的科學(xué)儀器比作人眼，那么這臺譜儀就是一臺‘超級相機’，能夠精準(zhǔn)捕捉物質(zhì)內(nèi)部原子、分子在皮秒（萬億分之一秒）時間尺度下的動態(tài)，記錄下原子和分子振動、旋轉(zhuǎn)、傳遞能量的微觀過程?！苯ㄔO(shè)團隊成員、中山大學(xué)物理學(xué)院副教授劉新智說，“就像是為物質(zhì)微觀世界拍高清‘紀(jì)錄片’?！?/p>

“超級相機”如何讓微觀世界纖毫畢現(xiàn)？劉新智介紹，這臺“超級相機”的工作原理是通過測量物質(zhì)的自旋波和聲子譜等動力學(xué)性質(zhì)，研究構(gòu)成物質(zhì)的原子之間微觀相互作用。因此，科學(xué)家并非使用儀器直接觀測成像，而是利用中子不帶電、穿透力強的特性，探測物質(zhì)內(nèi)部的微觀運動——當(dāng)中子與物質(zhì)中的原子核或電子發(fā)生“非彈性碰撞”時，中子會改變速度與方向，通過這些變化可以反推出物質(zhì)內(nèi)部的動態(tài)信息。

中山大學(xué)物理學(xué)院副院長王猛介紹，這臺譜儀可以獲取散射后中子的空間分布信息和能量變化，在動量與能量空間測量物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為，確定材料內(nèi)部磁性原子關(guān)聯(lián)強度，為物理、化學(xué)、生物、材料等學(xué)科的前沿基礎(chǔ)研究提供支撐平臺。

“借助它獨特的洞察力，科學(xué)家將進一步看清前所未見的微觀世界?！蓖趺徒榻B，在高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域，這臺譜儀能夠精確測量超導(dǎo)體中的自旋漲落，測量超導(dǎo)材料的聲子譜態(tài)密度，為揭示高溫超導(dǎo)機理提供關(guān)鍵實驗證據(jù)；在能源材料領(lǐng)域，這臺譜儀可以測量熱電材料聲子譜的空間分布，為設(shè)計更高性能的熱電材料提供指導(dǎo)；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，通過中子散射技術(shù)，科學(xué)家能夠在更接近生理環(huán)境的條件下研究生物分子的運動，為新藥研發(fā)開辟新途徑。

這臺大國重器的建造過程殊為不易。中山大學(xué)副校長鄭躍介紹，2017年，中山大學(xué)與中國科學(xué)院高能物理研究所簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，經(jīng)過兩年的論證和預(yù)研，確定建設(shè)中國首臺高能非彈性中子散射譜儀，并于2019年啟動建設(shè)；多個專業(yè)技術(shù)組通力協(xié)作，自研攻克中子斬波器、超大型真空散射腔等關(guān)鍵部件；2023年1月，成功在譜儀上輸出中子，隨后譜儀進入帶束調(diào)試階段，并在當(dāng)年測得標(biāo)準(zhǔn)樣品釩的聲子譜，采集首個非彈性散射信號。

王猛介紹，經(jīng)過兩年多的調(diào)試，這臺“超級相機”的各項指標(biāo)均已達到國際領(lǐng)先水平。利用費米斬波器和帶寬斬波器協(xié)同工作，可實現(xiàn)多波長模式和單波長模式的快速切換；譜儀提供的高低溫環(huán)境和磁場環(huán)境可以覆蓋絕大多數(shù)的非彈性中子散射實驗場景。

這臺“超級相機”將面向國內(nèi)外研究人員開放使用，服務(wù)國家戰(zhàn)略需求，培養(yǎng)一流專業(yè)人才。目前建設(shè)團隊已啟動了譜儀樣品多場耦合加載分析模塊的研制，該項目已獲得國家重大科研儀器研制專項的支持。