原標(biāo)題：我國(guó)首臺(tái)高能非彈性中子散射譜儀完成驗(yàn)收

“超級(jí)相機(jī)”，為微觀世界拍高清“紀(jì)錄片”

不久前，在位于廣東東莞的中國(guó)散裂中子源，我國(guó)首臺(tái)高能直接幾何非彈性中子散射飛行時(shí)間譜儀正式完成驗(yàn)收并交付使用。這臺(tái)由中山大學(xué)和散裂中子源科學(xué)中心聯(lián)合研制建設(shè)的大型科研儀器，用于觀測(cè)物質(zhì)微觀世界的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，填補(bǔ)了我國(guó)百毫電子伏以上非彈性中子散射的空白。

“如果把常規(guī)的科學(xué)儀器比作人眼，那么這臺(tái)譜儀就是一臺(tái)‘超級(jí)相機(jī)’，能夠精準(zhǔn)捕捉物質(zhì)內(nèi)部原子、分子在皮秒（萬億分之一秒）時(shí)間尺度下的動(dòng)態(tài)，記錄下原子和分子振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、傳遞能量的微觀過程?！苯ㄔO(shè)團(tuán)隊(duì)成員、中山大學(xué)物理學(xué)院副教授劉新智說，“就像是為物質(zhì)微觀世界拍高清‘紀(jì)錄片’?！?/p>

“超級(jí)相機(jī)”如何讓微觀世界纖毫畢現(xiàn)？劉新智介紹，這臺(tái)“超級(jí)相機(jī)”的工作原理是通過測(cè)量物質(zhì)的自旋波和聲子譜等動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，研究構(gòu)成物質(zhì)的原子之間微觀相互作用。因此，科學(xué)家并非使用儀器直接觀測(cè)成像，而是利用中子不帶電、穿透力強(qiáng)的特性，探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部的微觀運(yùn)動(dòng)——當(dāng)中子與物質(zhì)中的原子核或電子發(fā)生“非彈性碰撞”時(shí)，中子會(huì)改變速度與方向，通過這些變化可以反推出物質(zhì)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)信息。

中山大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)王猛介紹，這臺(tái)譜儀可以獲取散射后中子的空間分布信息和能量變化，在動(dòng)量與能量空間測(cè)量物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為，確定材料內(nèi)部磁性原子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，為物理、化學(xué)、生物、材料等學(xué)科的前沿基礎(chǔ)研究提供支撐平臺(tái)。

“借助它獨(dú)特的洞察力，科學(xué)家將進(jìn)一步看清前所未見的微觀世界。”王猛介紹，在高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域，這臺(tái)譜儀能夠精確測(cè)量超導(dǎo)體中的自旋漲落，測(cè)量超導(dǎo)材料的聲子譜態(tài)密度，為揭示高溫超導(dǎo)機(jī)理提供關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)；在能源材料領(lǐng)域，這臺(tái)譜儀可以測(cè)量熱電材料聲子譜的空間分布，為設(shè)計(jì)更高性能的熱電材料提供指導(dǎo)；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，通過中子散射技術(shù)，科學(xué)家能夠在更接近生理環(huán)境的條件下研究生物分子的運(yùn)動(dòng)，為新藥研發(fā)開辟新途徑。

這臺(tái)大國(guó)重器的建造過程殊為不易。中山大學(xué)副校長(zhǎng)鄭躍介紹，2017年，中山大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，經(jīng)過兩年的論證和預(yù)研，確定建設(shè)中國(guó)首臺(tái)高能非彈性中子散射譜儀，并于2019年啟動(dòng)建設(shè)；多個(gè)專業(yè)技術(shù)組通力協(xié)作，自研攻克中子斬波器、超大型真空散射腔等關(guān)鍵部件；2023年1月，成功在譜儀上輸出中子，隨后譜儀進(jìn)入帶束調(diào)試階段，并在當(dāng)年測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)樣品釩的聲子譜，采集首個(gè)非彈性散射信號(hào)。

王猛介紹，經(jīng)過兩年多的調(diào)試，這臺(tái)“超級(jí)相機(jī)”的各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。利用費(fèi)米斬波器和帶寬斬波器協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)模式和單波長(zhǎng)模式的快速切換；譜儀提供的高低溫環(huán)境和磁場(chǎng)環(huán)境可以覆蓋絕大多數(shù)的非彈性中子散射實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

這臺(tái)“超級(jí)相機(jī)”將面向國(guó)內(nèi)外研究人員開放使用，服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求，培養(yǎng)一流專業(yè)人才。目前建設(shè)團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)了譜儀樣品多場(chǎng)耦合加載分析模塊的研制，該項(xiàng)目已獲得國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)的支持。