“超级显微镜”带你探微格物( 二 )

挑战接踵而至——
高功率靶要用到钨材,而钨材不耐冲刷,需要在其外包覆一层钽金属。怎样把钽做到足够薄,并提高钽和钨的结合力?
【“超级显微镜”带你探微格物】在零下253摄氏度左右低温下工作的液氢慢化器,其焊接都是难度极大的薄壁焊接,如何保证可靠性?
中国散裂中子源的建设过程,也是自主攻关掌握核心关键技术的过程。金大鹏介绍,25赫兹交流磁铁、高功率靶、液氢慢化器、中子探测器等多项关键核心技术突破以后,对其他领域的发展也产生了一定影响。
中国散裂中子源各项设备的批量生产在全国近百家合作单位完成。通过自主创新和集成创新,许多设备的研制达到国际先进水平,核心设备国产化率达90%以上,这不仅大大降低了装置成本,还有力提升了国内相关产业的技术水平和制造能力。
金大鹏举了个例子:由于工艺水平高、产品质量好,中国散裂中子源靶体部件的制造单位,成功中标了世界上第五台脉冲式散裂中子源——欧洲散裂中子源的靶体部件。
研发过程中的技术突破
有望为肿瘤治疗
带来重要技术革新
位于地下17米的加速器隧道里,排列着各种颜色、连接各种管线的复杂设备。
科研人员使用氢气产生负氢离子,并将它们在直线加速器里加速。当它们的能量达到8千万电子伏特时,将“飞奔”进入环形的快循环质子同步加速器。
一秒钟之内,就有25波负氢离子奔来。在这里,负氢离子将转变为质子,并通过不断“狂奔”、反复加速,将能量提高到16亿电子伏特,速度提升到0.92倍光速。接近光速的质子束被引出,去轰击钨靶,由此产生中子。
在加速器关键技术研发过程中,也产生了一些新技术成果,并已衍生出具体应用,开花结果。
利用中国散裂中子源的射频四极加速器技术突破,2020年8月,研究人员成功研制出我国首台具有完全自主知识产权的加速器硼中子俘获治疗(BNCT)实验装置,可用于癌症治疗研究。这为我国医用BNCT装置整机国产化和产业化奠定了技术基础,有望为肿瘤治疗带来重要技术革新。首台临床设备已在医院安装,预计2023年5月完成安装调试。
中国散裂中子源正式运行并向国内外科学家、工程技术人员、工业企业开放后,大科学装置的综合效应日益显现。
“中国散裂中子源在多个领域开展重大创新研究,包括对深海潜水器等大型工程部件进行残余应力和服役性能检测等,为国家急需的许多高性能结构材料攻关提供了关键技术平台。在磁性材料、纳米功能材料、高效催化剂、自旋电子学、有机太阳能薄膜电池、金属玻璃、高分子聚合物、生物大分子等国际前沿科技研究中,也取得一大批成果。 ”陈延伟说。
什么是残余应力?它是指在材料、部件加工、服役等过程中,保留在其内部的应力,可能导致工程部件的变形乃至失效。
深海潜水器的壳体是钛合金焊接的。下潜海底万米,要扛住巨大的海水压强,焊接的可靠性至关重要。
“我们对它的焊接模拟件进行检测,了解不同焊接工艺的残余应力参数,为壳体寿命预测、焊接工艺选择提供了关键数据支撑。 ”金大鹏说,高铁的车轮等大型高速运动工程部件将来也需要散裂中子源来验证其残余应力参数。
作为粤港澳大湾区首个重大科技基础设施,中国散裂中子源的建成,为国内科技工作者带来了研究物质的“利器”,特别是为港澳科学家提供了前所未有的便利。
香港大学黄明欣教授团队研发的超强超韧的“超级钢”,就是通过中国散裂中子源,来分析其成分、结构,验证了相关研究结果。