一個(gè)中子與一座城的奇妙反應(yīng)

 直徑只有原子的十萬(wàn)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(tuán)”、800多項(xiàng)研究課題、3800多名注冊(cè)用戶來了；一批高校院所、實(shí)驗(yàn)室、研發(fā)機(jī)構(gòu)、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)意間和尋常“老莞”擦肩而過；松山湖科學(xué)城和深圳光明科學(xué)城一道被納入大灣區(qū)綜合性國(guó)家科學(xué)中心先行啟動(dòng)區(qū)……

 一切變化，還要從一群人和一個(gè)大科學(xué)裝置——中國(guó)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(jī)構(gòu)、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施紛紛前來，對(duì)海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應(yīng)日益顯現(xiàn)

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

 2017年6月，他和中科院院士、中國(guó)散裂中子源工程總指揮陳和生，高能所副所長(zhǎng)、東莞研究部主任陳延偉，一起接待了來調(diào)研的時(shí)任中科院副院長(zhǎng)王恩哥。彼時(shí)，距離中國(guó)散裂中子源首次打靶成功、獲得中子束流還有兩個(gè)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(jí)顯微鏡’，是研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的理想探針，為我國(guó)材料科技、物理、化學(xué)化工、生命科學(xué)、資源環(huán)境和新能源等領(lǐng)域的研究提供了一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的科研平臺(tái)?！?

 這其中的材料科技，就是王恩哥的專業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)年底，在王恩哥發(fā)起推動(dòng)下，廣東首批4家省實(shí)驗(yàn)室之一的松山湖材料實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)建設(shè)，并于次年4月注冊(cè)成立，選址就在距離散裂中子源數(shù)公里開外。至今，實(shí)驗(yàn)室已聚集600多名科研人員，引進(jìn)創(chuàng)新樣板工廠團(tuán)隊(duì)25個(gè)，注冊(cè)成立38家產(chǎn)業(yè)化公司，注冊(cè)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(qiáng)的“磁吸力”？

 對(duì)此，王生科普道，中子和X射線一樣，都是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的強(qiáng)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(shí)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(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行科學(xué)研究，“因此，在‘透視’材料微觀結(jié)構(gòu)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(guó)家探索前沿科學(xué)問題、攻克產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，這是王生和同事們不遠(yuǎn)千里從北京來到廣東，花6年半時(shí)間建設(shè)大科學(xué)裝置的初心。

 其實(shí)，我國(guó)早在本世紀(jì)初就開始謀劃建設(shè)散裂中子源，最終確定由中科院和廣東省共同建設(shè)，落地東莞松山湖。如今，中國(guó)首臺(tái)、世界第四臺(tái)脈沖型散裂中子源，總投資約23.5億元，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，裝置整體設(shè)計(jì)先進(jìn)，研制設(shè)備質(zhì)量精良，靶站最高中子效率和3臺(tái)譜儀綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

 這臺(tái)投資規(guī)模巨大的“國(guó)之重器”，結(jié)束了珠三角地區(qū)沒有國(guó)家大科學(xué)裝置的歷史。“中國(guó)散裂中子源在東莞的成功建設(shè)，展示了廣東省引進(jìn)大科學(xué)裝置、推動(dòng)科技創(chuàng)新的決心和成就，吸引了國(guó)內(nèi)許多一流的科研機(jī)構(gòu)落戶廣東，共同建設(shè)大科學(xué)裝置。”陳和生感慨。

 中國(guó)散裂中子源規(guī)劃建設(shè)時(shí)，還沒有“粵港澳大灣區(qū)”的概念。“落地東莞是富有遠(yuǎn)見的決定，有利于優(yōu)化中國(guó)大科學(xué)裝置的布局，把基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的雄厚實(shí)力、珠三角地區(qū)強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，以及對(duì)科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的迫切需求結(jié)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(guó)散裂中子源的磁吸效應(yīng)對(duì)海內(nèi)外高端創(chuàng)新資源的集聚效應(yīng)日益顯現(xiàn)。

 香港大學(xué)教授黃明欣長(zhǎng)期從事材料研究，過去他需要向國(guó)外的散裂中子源申請(qǐng)機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟，把材料寄到國(guó)外，做好實(shí)驗(yàn)之后，再傳回?cái)?shù)據(jù)。2018年8月，中國(guó)散裂中子源正式投入運(yùn)行。“在自家門口做實(shí)驗(yàn)，太方便了?！碑?dāng)時(shí)，具有廣泛應(yīng)用前景的“超級(jí)鋼”正進(jìn)入黃明欣的視野。利用中國(guó)散裂中子源的通用粉末衍射儀，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)度高而且韌性好的“超級(jí)鋼”微觀機(jī)制，為改進(jìn)這種鋼的斷裂、韌性和腐蝕性等問題提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

 如今，以中國(guó)散裂中子源為起點(diǎn)，廣東重大科技基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)了“從0到1”“從1到多”的跨越，江門中微子實(shí)驗(yàn)、惠州的強(qiáng)流重離子加速器和加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置等一批國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施先后落地建設(shè)，探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、引領(lǐng)技術(shù)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(tái)負(fù)氫離子直線加速器、1臺(tái)快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、2條束流輸運(yùn)線、1個(gè)靶站，以及一期3臺(tái)譜儀?！睂?shí)驗(yàn)樓的沙盤模型前，中國(guó)散裂中子源研究員李曉挨個(gè)介紹不同設(shè)備的名字和用處。

 “簡(jiǎn)單說，就是用高能質(zhì)子束去撞擊重原子靶。這里面最關(guān)鍵的是加速，跑不快，撞不開，一切都是空談。”李曉說，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(gè)過程，用時(shí)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(xué)家們卻走了十幾年。

 王生全程參與了散裂中子源的建設(shè)和運(yùn)行，“不僅裝置極為龐大，而且部件繁多，工藝極其復(fù)雜。大家為同一個(gè)目標(biāo)匯聚在這里，記不清度過了多少個(gè)不眠之夜?！?

 國(guó)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(bǔ)償方法，解決了多臺(tái)磁鐵之間的磁場(chǎng)同步問題，效果優(yōu)于國(guó)外散裂中子源……一個(gè)個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)被逐一攻克。

 2017年8月，中國(guó)散裂中子源首次打靶成功。當(dāng)時(shí)，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(dǎo)管引入特定的譜儀，即可開展實(shí)驗(yàn)研究。在一期工程已建成并對(duì)外開放3臺(tái)譜儀的基礎(chǔ)上，中國(guó)散裂中子源還與各高校、研究機(jī)構(gòu)等積極開展合作，共同建設(shè)8臺(tái)合作譜儀?！懊總€(gè)譜儀就相當(dāng)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)站，對(duì)應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域和方向。”王生解釋。

 其中，由東莞理工學(xué)院投資8000萬(wàn)元，聯(lián)合中國(guó)散裂中子源和香港城市大學(xué)建設(shè)的多物理譜儀是國(guó)內(nèi)首臺(tái)中子全散射譜儀，可用于不同有序度材料的結(jié)構(gòu)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(xué)、香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、澳門科技大學(xué)等高校的用戶在這里開展多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。

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

 從2012年中國(guó)散裂中子源土建動(dòng)工開始，王生每年待在東莞的時(shí)間超過300天，早就把這里當(dāng)成了自己的第二個(gè)家。以前，他總覺得東莞是個(gè)遍地車間的“大工廠”，但隨著周邊聚集起越來越多“學(xué)術(shù)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(xué)城的成色愈加鮮明了。

 當(dāng)然，作為開放共享的平臺(tái)，中國(guó)散裂中子源同樣服務(wù)于建造它的中科院高能物理研究所的科學(xué)家，開展相關(guān)學(xué)科的前沿研究。散裂中子源的開放運(yùn)行也已吸引一些國(guó)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(qǐng)機(jī)時(shí)。散裂中子源主要服務(wù)于國(guó)家戰(zhàn)略需求，為利用這個(gè)平臺(tái)開展研究的科學(xué)家提供最好的研究條件和科研服務(wù)。2018年以來，中國(guó)散裂中子源完成7輪開放運(yùn)行，科學(xué)產(chǎn)出重點(diǎn)在航空航天、量子、能源、合金、高分子、信息材料等領(lǐng)域，目前已在《科學(xué)》《自然通訊》《先進(jìn)材料》《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》等期刊上發(fā)表文章120余篇。近年來中國(guó)中子散射用戶快速增長(zhǎng)，今年上半年收到課題474項(xiàng)，同比增長(zhǎng)89%，國(guó)家重大需求用戶增長(zhǎng)較快。

 “目前，我們一年開放機(jī)時(shí)超過5000小時(shí)，運(yùn)行效率達(dá)到97%，仍然供不應(yīng)求?！蓖跎寡裕F(xiàn)在只有1/3的申請(qǐng)能得到滿足，只能盡量增加開放時(shí)間。好消息是，中國(guó)散裂中子源正在布局二期工程。屆時(shí)中子譜儀總數(shù)將達(dá)20臺(tái)，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(xué)裝置的建設(shè)也推動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)迭代升級(jí)，“科技創(chuàng)新+先進(jìn)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(xué)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(lán)色條幅寫著“東莞市人民醫(yī)院硼中子俘獲治療（BNCT）項(xiàng)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(xiàng)目——中國(guó)散裂中子源“散裂”出的一個(gè)重大成果，今年底將竣工并安裝第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)。

 “項(xiàng)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(jìn)惡性腫瘤治療和研究領(lǐng)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(jìn)入人體后會(huì)在癌細(xì)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(yīng)產(chǎn)生的約230萬(wàn)電子伏裂變能，僅作用在約10微米的癌細(xì)胞上，徹底破壞其遺傳鏈結(jié)構(gòu)，使其不能修復(fù)而死亡；同時(shí)周圍不含或極少含硼的正常細(xì)胞在中子照射下不受傷害，從而精準(zhǔn)殺傷惡性腫瘤。

 放眼國(guó)際，硼中子俘獲治療設(shè)備已在日本上市。東莞能突破這一關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控，得益于院地企之間的一次聯(lián)動(dòng)：2018年?yáng)|莞市兩會(huì)上，中科院高能物理研究所副研究員、后來成為BNCT治療端運(yùn)行負(fù)責(zé)人的童劍飛提交了一份建議書，報(bào)告了陳和生院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的我國(guó)首臺(tái)加速器硼中子俘獲治療實(shí)驗(yàn)裝置，并提出有技術(shù)轉(zhuǎn)化的價(jià)值。東莞十分重視，經(jīng)過審慎評(píng)估，決定在東莞市人民醫(yī)院建設(shè)硼中子俘獲治療項(xiàng)目。

 “這不僅是一個(gè)造福患者的治療項(xiàng)目，未來在治療規(guī)范、適應(yīng)癥以及硼藥等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究前景廣闊，也將是一個(gè)腫瘤相關(guān)人才聚集和團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的絕佳科研平臺(tái)。”雖然項(xiàng)目真正應(yīng)用到臨床還得再等幾年，但蔡立民已十分憧憬。

 自中國(guó)散裂中子源投入正式運(yùn)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(shí)現(xiàn)了落地。反過來，中國(guó)散裂中子源的建設(shè)也離不開各方的配套設(shè)備供應(yīng)，這推動(dòng)著本地產(chǎn)業(yè)的迭代升級(jí)。“我們?cè)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(biāo)推到極致，經(jīng)常需要最前沿的技術(shù)?！蓖跎f。

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

 過去，中國(guó)散裂中子源中子檢測(cè)關(guān)鍵設(shè)備依賴國(guó)外進(jìn)口。為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，自2019年5月開始，散裂中子源科學(xué)中心與東莞理工學(xué)院共建了先進(jìn)探測(cè)技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合開展先進(jìn)粒子探測(cè)技術(shù)研究。研究團(tuán)隊(duì)先后成功突破探測(cè)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(guān)鍵制造技術(shù)。目前，為散裂中子源量身定制的閃爍體探測(cè)器已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并通過中子束流測(cè)試，關(guān)鍵性能達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)，即將安裝到譜儀上。

 雖然是定制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不可能給實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造很大的出貨量，但在魏亞東看來，為實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室?guī)熒餐邪l(fā)了獨(dú)一無二的制造加工設(shè)備，將來可以在中子探測(cè)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(yuǎn)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(dāng)晚，幾個(gè)年輕人在餐館用餐，相關(guān)的電視新聞?wù)貌コ觯粋€(gè)陌生人聽聞他們是中國(guó)散裂中子源的科研團(tuán)隊(duì)后，臨走時(shí)悄悄為他們結(jié)了賬。“雖然是件小事，但能感覺到東莞市民對(duì)團(tuán)隊(duì)的尊重?！标惡蜕f。

 “源頭創(chuàng)新、技術(shù)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(shù)創(chuàng)新活躍度迅速提升：2021年，全市研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出占GDP的比重達(dá)到3.54％，位居廣東省第二；科技創(chuàng)新綜合競(jìng)爭(zhēng)力挺進(jìn)全國(guó)城市20強(qiáng)……

 “科技創(chuàng)新+先進(jìn)制造”被定義為未來5年?yáng)|莞的城市特色。“東莞將進(jìn)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(cuò)位發(fā)展，形成最佳拍檔，扎扎實(shí)實(shí)推進(jìn)自身的高質(zhì)量發(fā)展。”東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(guó)散裂中子源等大科學(xué)裝置對(duì)科研、產(chǎn)業(yè)乃至城市的持續(xù)磁吸、撞擊、散裂。一個(gè)中子與一座城的奇妙反應(yīng)，還在繼續(xù)……

《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年09月08日 13 版）

編輯:月兒