2021年05月09日 星期日

打造具有全球影响力的原始创新高地!中央、省级媒体聚焦中国散裂中子源、松山湖材料实验室

来源:i东莞 2021-05-02 08:48:56 记者:

■2021年4月15日,沿着高速看中国(广东)采访团走进东莞松山湖材料实验室。图为采访团在松山湖材料实验室参观本报记者 陈帆 摄

近日,沿着高速看中国(广东)主题采访活动走进东莞,中央、省级媒体的记者来到位于松山湖的中国散裂中子源、松山湖材料实验室。加速、打靶、反推,散裂中子源所展示的物质微观结构让人着迷,松山湖材料实验室的高压镍锰酸锂材料电池同样引人注目。

东莞全力打造具有全球影响力的原始创新高地,将加快中国散裂中子源建设,积极争取一批国家级的重大科技基础设施落地,逐步形成一流重大科技基础设施集中度和显示度;高标准建设松山湖材料实验室等重点科研平台,有序构建一流实验室体系。

打靶功率未来将提升到500千瓦

“产生中子的方式主要有两种,第一种是原子核的裂变反应,第二种就是中国散裂中子源用的方式,用高能质子去轰击原子核,把原子核中的中子打出来,这种方式产生中子的效率要比核反应高……”中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任金大鹏解释。

“物质到原子和分子的尺度,普通光学的办法是看不到的,散裂中子源装置就像‘超级显微镜’,类似于是放大探测,是研究物质材料微观结构的理想探针。”金大鹏解释。

金大鹏向大家介绍了中国散裂中子源的工作原理。简单来说,是先将氢气电离成氢原子,把带负电的电子附着在氢原子上,就成为负氢离子,经过加速穿过剥离膜,两个核外电子被剥离掉,就变成了质子。在此基础上,对质子进行加速,将能量从8000万电子伏特增加到16亿电子伏特,速度相当于0.9倍光速,用质子束去轰击原子序数很高的重金属靶,金属靶的原子核被撞击出质子和中子,通过特殊的装置“收集”中子,开展各种实验。

“中子束打到被研究的样品上,有些中子会与研究对象的原子核发生相互作用,其运动方向也会发生改变,向四周‘散射’开来。”金大鹏解释,散射出来的中子被探测器探测到,科研人员根据探测器上中子散射的轨迹及其能量和动量的变化,就可以精确地反推出物质的结构。

2018年8月23日,中国散裂中子源完成了工程建设任务,使我国成为全世界第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。中国散裂中子源显著提升了我国在高功率散裂靶、磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。

在中国散裂中子源,记者看到,工作人员现场正在安装11号谱仪。中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部副主任张俊荣介绍,中子从出发到实验终端,最长谱仪接近100米,整个路径平整度要求非常高,误差不能大于头发丝,否则就会影响到中子束流的品质。

张俊荣指着一台运行中的谱仪说,这台主要是研究晶体的微观结构,包括锂电池、可燃冰、发动机叶片、高强度合金材料等。

中国散裂中子源目前正式运行的有三台谱仪。今年1月,散裂中子源科学中心、东莞理工学院、香港城市大学共同建设的国内首台中子全散射谱仪安装成功。此外,还有5台合作谱仪正在加紧建设当中,未来谱仪的数量将增加到20台左右。

中国散裂中子源进入正式运行阶段以来,装置运行稳定可靠,加速器质子束流打靶功率提高到100千瓦,提前一年半达到设计指标;用户申请非常踊跃,通过多轮开放运行,共完成国内外科研与产业界的课题400多个,未来,中国散裂中子源会将打靶功率提升到500千瓦。

接下来,东莞将积极探索关键核心技术攻关新型举国体制的“东莞路径”,深入推进与中科院战略合作,推进散裂中子源等国家大科学装置集群发展,加快建设重大原始创新策源地,集中力量打好关键核心技术攻坚战,为国家解决关键核心技术“卡脖子”问题提供有力支撑。

助力尖端科研成果快速产业化

“再过三年,预计电动汽车就能用上高压镍锰酸锂电池,它的单位成本比磷酸铁锂电池低,车辆一次充电行驶里程和三元材料电池相当,集合了这两种电池的优点。”松山湖材料实验室副主任黄学杰对记者说。

松山湖材料实验室是广东省第一批省实验室之一,致力探索“前沿基础研究-应用基础研究-产业技术研究-产业转化”的全链条创新模式。

松山湖材料实验室的特色是不仅做科研,还做“样板工厂”,是从尖端的科研到成果转化,再到产品甚至商品的全链条创新模式,为产业发展作贡献。

“样板工厂的模式解决了科研成果转向产业领域的一个痛点,即基础研究的项目成果难以产业化,以产业应用为目标的研究项目又较少深入到基础层面。”黄学杰说,松山湖材料实验室还成立了科技发展公司,给技术找出路,创立企业或把成果转让给有能力的企业去批量生产。

“去买电动汽车,客户会问电池是磷酸铁锂还是三元材料的。磷酸铁锂的电池价格低,但车辆充电行驶里程稍短,三元材料电池车辆行驶里程长,但价格高,两种材料的电池目前是电动汽车的主流。”黄学杰说,松山湖材料实验室正在将高压镍锰酸锂作为重点正极材料研发,其电池单位成本比磷酸铁锂还低,但车辆一次充电行驶里程和三元材料相当。

黄学杰介绍,一代材料催生一代电池,一代电池支撑一代电动汽车,预计再过三年时间,安装高压镍锰酸锂材料电池的电动汽车就会在市场上铺开。

松山湖材料实验室还致力于“卡脖子”材料研究。在三代半导体方面正在开展系列项目研究,争取形成优势,让新一代产品站在全球前沿。

松山湖材料实验室成立短短三年时间,四大板块基本完成布局,已布局十大前沿科学研究方向,引入25个创新样板工厂团队,承担国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础重大项目、广东省重点研发计划等项目76项。

未来,松山湖材料实验室将继续依托区域经济优势和产业基础,利用中国科学院物理研究所等机构在基础研究方面的优势及大科学装置的建设和运行经验,组建国际一流水准的实验室。

随着大湾区综合性国家科学中心先行启动区(松山湖科学城)全面启动,接下来松山湖科学城将依托散裂中子源、松山湖材料实验室等,重点突破材料、信息、生命等领域关键核心技术,聚焦新一代信息技术、集成电路、高端装备制造、新材料、新能源、人工智能和生物医药7大产业,打造湾区先进制造核心引擎。

文字: 范德全

摄影:陈帆

责任编辑:沈海琳

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