什么是散裂中子源?

?? 當一個中等能量的質子打到重核（鎢、汞等元素）之后會導致重核的不穩定而“蒸發”出20-30個中子，這樣重核“裂開”并向各個方向“發散”出相當多的中子，大大提高了中子的產生效率，按這種原理工作的裝置稱為散裂中子源。

CSNS是什么
　　像一臺“超級顯微鏡”
　　散裂中子源是什么？首先，“散裂”是當一個高能質子轟擊重原子核時，一些中子被轟擊出來的過程，如同一個壘球用力投到裝滿球的筐中，有一些球會立刻蹦出來，而更多的球則會彈跳并翻出筐外一樣。
　　其次，中子是組成物質的基本粒子之一，它和X射線一樣，都是人類探索物質微觀結構的有力手段。然而在物理和生物材料領域，科學家們希望有一種強亮度的中子源，能像X射線一樣拍攝到材料的微觀結構，探索原子和分子的運動規律，就像我們希望能夠在黑暗中有一盞明燈，照亮閱讀中的書籍那樣。
　　這時，散裂中子源就產生了，它是用來自大型加速器的高能質子轟擊重金屬靶，引起金屬原子的散裂反應，釋放出大量的中子。這些中子形成非常強的中子束流，中子慢化后與樣品發生散射，最后由中子散射譜儀接收。科學家們就根據這些中子散射的數據分析出被觀測物體的微觀特征，供科學和工業研究用。通俗一點來說，散裂中子源就像一臺“超級顯微鏡”一樣，可以研究ＤＮＡ、結晶材料、聚合物等物微觀結構。
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散裂中子源簡單介紹：

中子的發現及其應用是二十世紀最重要的科技成就之一。中子誘發核裂變的發現導散裂中子源致了核武器和核能源的開發。中子是研究物質結構和動力學性質的理想探針，中子散射技術已在很多基礎學科中如凝聚態物理（固體和液體），化學（特別是高分子化學），生物工程，生命科學，材料科學（特別是納米材料科學）等多學科領域的研究中被廣泛采用。中子生產的人工放射性同位素、中子活化分析、中子摻雜生產半導體器件、中子輻照加工等等，已被廣泛應用于醫療和工業，并產生了巨大的經濟效益。 　　

展望21世紀中子科學裝置的主流發展趨勢，一是高通量研究性反應堆，另一是散裂中子源。高通量反應堆的源強要達到 1 ×1015/cm2.s，散裂中子源束功率要達到兆瓦量級。這兩類中子源的特點和優勢互相補充，成為材料、生物、生命、核物理等學科研究不可缺少的工具，為相關尖端技術如納米、信息、環境、醫藥等的發展提供創新的平臺。 　　

兆瓦級的多用途脈沖散裂中子源是當前世界上中子源發展趨勢，它為21世紀前沿科學發展作出的貢獻不可估量。它不但是為物理、化學、生物、材料等基礎研究課題服務的中子散射的大科學平臺，也可以成為為核物理、天體物理、核醫學、核化學、能源工業和國防建設服務的大科學平臺。

散裂中子源已那項目：

1、20世紀70年代初，美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的LAMPF強流質子直線加速器，是世界第一臺散裂中子源 。 　　

2、1977年，美國LANL又在LAMPF后面建立了一個儲存環，將LAMPF輸出的質子束轉化為中子束以產生脈沖中子源。 　　

3、20世紀80年代，美國ANL的IPNS和日本KEK的KENS。 　　

4、1985年，英國盧瑟福實驗室建成ISIS環形加速器，能量為800MeV，平均流強為200A，是迄今為止世界上最強的脈沖散裂中子源。

5、2011年，中國首座散裂中子源落戶東莞。

散裂中子的技術應用：

21世紀，中子作為研究物質微觀結構的一個理想探針將在基礎研究領域發揮重要的作用。散裂中子源與高通量研究性反應堆，也將在21世紀最有生命力、最活躍的學科，如材料科學、生命科學和一些工程技術應用領域，繼續發揮它的重要作用。在人們解出基因結構后，蛋白質與生物大分子聯合體的結構與功能便成為生命科學的主要挑戰之一。中子是確定蛋白結構中氫原子位置的最有力的方法，為理解蛋白功能及藥物設計提供不可缺少的信息。

工程材料、金屬疲勞、氫化、腐蝕、形變每年造成上萬億元的損失和無數嚴重事故。高通量中子能穿透一切金屬體，為理解材料的這種變化的機理，以找出合格的新工程材料及新工藝有了可能。美國一飛機制造公司化上百萬美元將發動機裝上脈沖中子源的譜儀，在發動機運轉時實時測定機件材料的疲勞過程和改進。 　　

比鐵重的重元素的合成，主要來源于中子俘獲，即它吃掉一個中子放出一個光子，原子序數不變，但質量數增加一位。這個過程可以不斷地進行，它還要繼續吃中子，當然還要經過beta衰變。從鐵開始，到錒系核，這些核素的產生都是這樣形成的。要模擬這樣一個過程，必須知道大量的中子俘獲截面準確數據，用其他的中子源開展這方面的測量很困難，或者說不可能。因為有一些截面很小，作用幾率很低。有一些核素它的同位素樣品，制備起來很困難，所以樣品量很小，用一般低強度的中子源無法進行實驗，只能用高通量堆或散裂中子源來做實驗。 　　

中子和核子的相互作用，或者說中子和靶核的相互作用都是強相互作用。如果用質子打靶去做研究，因為有庫侖位壘的關系，理論描述非常復雜，而用中子打靶去做研究，描述就非常簡化。所以用中子開展這類實驗，可以非常清晰地獲取強相互作用的有關信息，非常有意義。 　　

核物理學科和天體物理學科的交叉研究形成了新的學科——核天體物理學，該學科主要研究恒星元素的形成以及它的豐度分布，中子核反應有若干參數在其中起著至關重要的作用。高通量堆及兆瓦的散裂中子源能提供的源強，可以用來研究一些極其罕見的稀有的事件。以非常低的樣品量來開展這方面的研究工作，有很大的實際意義，如天體物理研究用到的一些參數非常重要，要做這種參數的測量，同位素的樣品的制備極為不易，樣品量不可能高，如果采用強流中子科學裝置，就有可能只使用納克量級的樣品量就能完成研究工作。 　　

氚是重要的軍用核材料，一臺功率為5 MW的質子加速器驅動的散裂中子源可以有年產60克氚的能力。一個50～100kW束功率的加速器有年生產2公斤钚的能力。航天器件的空間輻照效應已經成為影響衛星壽命的主要因素之一，用加速器進行空間輻照效應的模擬是唯一的地面實驗方法，一個中能的質子加速器可以在這方面發揮重要的作用。 　　美國Los Alamos 國家實驗室正在運行的中等水平的散裂中子源（LANSCE）上有一個以武器中子研究（WNR）命名的實驗終端。它在禁試情況下為保持核威懾力量而進行的相關研究中扮演著重要的角色。 　　

兆瓦級級中能強流質子加速器還可作為開展潔凈核能源（ADS）相關的物理及技術研究的一個臺階，強流中子束有可能將核反應堆產生的長壽命放射性同位素轉變為短壽命和穩定同位素，變核廢料為核原料，開發新核能源。 　　

在其他重要應用領域，如中子活化分析、中子摻雜生產半導體器件、中子輻照育種、中子探傷、中子照相、中子測井等等，廣泛地服務于像國家安全、資源勘測、環境監測、農業增產等等領域都產生了不可估量的社會效應。