我国已布局建设多个大科学装置，这些重大科技基础设施将成为我国高水平科技自立自强的牢固基石。

记者先后探访中国散裂中子源、江门中微子实验装置（以下简称江门中微子），感受到大科学装置不仅“立地”服务于国家重大需求和经济主战场，“顶天”带领科学家探索宇宙奥秘，同时在工业制造、人才凝聚、国际合作等方面产生辐射效应。

散裂中子源：

研究时速400公里高铁车轮残余应力

广东省东莞市大朗镇，中国第一台、世界第四台脉冲散裂中子源装置坐落于此。在这里，中科院高能所东莞研究部的科技工作者们，将中子化作探测物质微观结构的利器，服务于中国经济社会高质量发展。

1999年中国科学家提出建设自己的散裂中子源。2006年，中国散裂中子源确定落户广东。

国际上所有散裂中子源都向全球免费开放使用，但建造中国自己的散裂中子源依然非常必要。中国科学院高能物理研究所副所长、散裂中子源科学中心主任陈延伟说，首先在于国家关键核心设备不能拿到国外平台。“免费使用，意味着测量出来的数据结果共享，而有一些装备部件不适合拿到国外去研究。”另外，使用国外散裂中子源平台会受到限制，“比如你想要100小时，最终可能只获批10小时。”

项目建设过程也是自主攻关掌握核心关键技术的过程。中科院高能所散裂中子源研制团队攻坚克难，确保中国散裂中子源2011年9月奠基、2018年3月按期完工。

记者了解到，目前的中国散裂中子源由一台8千万电子伏特的负氢离子直线加速器、一台16亿电子伏特的快循环质子同步加速器、1个靶站、若干台中子谱仪等组成。在这套整体架构呈U 字母形态的装置中，负氢离子转变为质子注入到同步加速器中累积加速，最终引出轰击钨靶，在靶上发生散裂反应产生中子，再通过慢化器、中子导管等引向谱仪，供用户开展实验。

中国散裂中子源2017年8月28日首次打靶即成功获得中子束流，加速器和靶站在国际同类装置中调试时间最短。

中科院高能所东莞研究部副主任梁天骄告诉记者，中国散裂中子源靶站目前的中子供束率超过98%，功率归一的中子效率约为美国散裂中子源的2.6倍。即将开始的升级工程计划将打靶束流功率提升到500千瓦，“到时候，我们的散裂中子源整体指标会达到国际先进”。

中科院高能所所务委员、东莞研究部副主任王生说，2021年，中国散裂中子源有两个指标达到世界上同类装置的最好水平：中子供束时间超过5200小时，运行效率超过97%，“体现了装置运行的稳定可靠”。

2018年以来，中国散裂中子源完成八轮开放运行，注册用户超过3800人。其中香港、澳门地区用户72人，国外用户65人，完成课题800余项。目前，科研院所与高校用户占比超过85%。

“中子散射用户正快速增长。”陈延伟说，2021至2022年度申请使用装置课题数同比增长122%。目前运行有四台谱仪，另外正在建设、调试七台合作谱仪，二期还将增建若干谱仪和终端。全部谱仪投入运行后，会有更多用户能够用上散裂中子源装置。

记者采访了解到，散裂中子源装置即将调试的“工程材料谱仪”可以更准确高效地获得高铁车轮内部深层的残余应力数据，将为提升国产高铁车轮的加工工艺和使用寿命提供关键数据支撑。研究人员将通过散裂中子源推进时速400公里高铁车轮残余应力、深潜器焊接残余应力等研究。刚通过验收的“大气中子辐照谱仪”已经吸引了国内不少高科技企业将自家产品送来测试，确保电子元器件与系统性能的高度可靠。

江门中微子：

竞逐测定中微子质量顺序

如果说散裂中子源的许多研究以需求为导向，是“立地”的重大科技基础设施，那么位于广东省江门市开平市的江门中微子，则是“顶天”的大科学装置，瞄准探索宇宙奥秘。

中微子，构成物质世界最基本的粒子之一，质量小于电子的百万分之一，以接近光速运动。中微子与普通物质的相互作用很弱，可以穿过整个地球而不与任何物质反应，导致其探测非常困难，人们对中微子了解甚少。对中微子的研究有助于人类解决基本粒子质量起源、宇宙原初反物质消失和暗物质之谜等重大前沿科学问题，意义深远。

中微子研究是国际粒子物理研究的热点。江门中微子的首要目标是确定中微子的质量顺序。这是王贻芳带领团队继2012年在大亚湾中微子实验中首次发现第三种中微子振荡模式后，向中微子领域发起的又一巨大挑战。为实现科学目标，江门实验的探测器重量是大亚湾实验单个探测器的一千倍，对探测器核心液体闪烁体（简称液闪）的洁净度要求也是大亚湾实验的一千倍以上。

测定中微子质量顺序，国际竞争激烈。王贻芳告诉记者，美国费米实验室的长基线加速器中微子实验、日本顶级神冈实验、美国在南极洲的PINGU实验是江门中微子的主要竞争对手，它们的预期取数时间分别为2030年前、2027年、2026年，而江门中微子的预期取数时间为2024年，“江门有望率先测得中微子质量顺序，且与其他竞争实验室优势互补”。

测定中微子质量顺序之外，江门中微子还有多个科学目标，包括精确测量中微子混合参数，研究超新星、地球及太阳中微子，寻找质子衰变、不活跃中微子等。王贻芳说：“我们希望在实验站30年的寿命中观测到一次超新星爆发。日本科学家1987年捕捉到10个左右的超新星爆发中微子，如果有相同距离的超新星爆发，我们的实验站能捕捉到5000个超新星爆发中微子。”

江门中微子探测装置位于地下700米。装置完工后，探测器最内将是直径35.4米灌满2万吨液闪的有机玻璃球；玻璃球外是用于支撑它的直径为40.1米的球型不锈钢网架，网架内覆盖有4万多个光电倍增管；最外面则是直径43.5米，高44米的圆柱形水池，装满3.5万吨高纯水。

目前，球型不锈钢网架已自下而上安装完毕。记者看到工人们正在网架中的圆形升降平台上，自上而下安装有机玻璃球，目前已安装两层。“国际上13米直径的有机玻璃球安装耗时两年，我们直径35.4米的有机玻璃球计划10个月装完。”王贻芳说。

江门中微子实验的整体装置结构貌似不复杂，其中却充满极限挑战。王贻芳说，液闪是整个探测器“最根本的核心”，对其洁净度要求极高，2万吨液闪中最多允许有0.008克灰尘总量，总空气残留量需要小于1.2立方米，总漏气量要小于24立方厘米。其纯度要求超过半导体用水的指标。”“

日本、意大利、加拿大等国第一次对1000吨级以下液闪进行灌装，洁净度都未达标，只能重新纯化。为保证探测灵敏度，江门中微子实验的液闪高达2万吨规模，难以进行二次纯化，必须一次灌装达标。

在位于江门中微子实验室地面的液闪纯化设备放置处，液闪纯化子系统负责人俞伯祥告诉记者，在各个系统中的液闪材料汇入整体管路前，会被分别监测是否达到纯化指标。正式灌装液闪前，还会有20吨液闪进入模拟性质的小有机玻璃球，监测能否达标。俞伯祥说，目前预计明年8月开始灌装液闪，6个月灌装完毕。　据《瞭望》