近年來，一個接一個的國產高科技極大鼓舞着我們的科技信心，從看向宇宙深處的“天眼”，到再創中國深度的“蛟龍號”，我們上天入海在宏觀的世界裏大展宏圖的同時，不要忽略同樣廣闊天地大有可爲的微觀世界。

3月25日，中國首臺脈衝型散裂中子源落地廣東東莞，它的建成填補了中國國內脈衝中子應用領域的空白，和世界上正在運行的美國散裂中子源、日本散裂中子源與英國散裂中子源一起，構成世界四大脈衝散裂中子源。

那麼問題來了：

什麼是散裂中子源？

它能給我們的生活帶來什麼樣的改變？

又會不會對環境、對我們的健康帶來什麼影響？

中子——中子源——散裂中子源

世界上的物質是由分子和原子構成的，原子就像是原子核和核外電子的微小太陽系，質子和中子構成了原子核。

中子對輕的原子核非常敏感，能夠精確測得分子結構中的氫原子位置，還能定位“摻雜”在重原子中的其他輕原子。中子的這種特性，使它能夠“拍攝”到材料的微觀結構，跟蹤正在運動中的原子核分子的行爲。

中子源是能夠產生中子的裝置。最早使用的是放射性同位素中子源，但其強度較低，壽命有限。反應堆中子源中子通量高，應用最爲廣泛，但受反應堆散熱技術所限，使其最大中子通量受到限制。

散裂中子源的出現則突破了反應堆中子源中子通量的極限。

散裂中子源是用高能強流質子加速器產生能量1GeV以上的質子束，轟擊重元素靶（如鎢或鈾），在靶中發生散裂反應，產生大量的中子。當一個高能質子，打到重原子核上時，一些中子被轟擊出來，這個過程被稱爲散裂反應。

被轟擊的原子核溫度升高，更多的中子就會"沸騰"起來並脫離原子核的束縛。如果將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並翻出筐外，散裂反應與這個過程很相似。每個與原子核相作用的質子能夠轟擊出20到30箇中子。

散裂中子源的特點是在較小的體積內可產生較高的脈衝中子通量，能提供的中子能譜更加寬廣，大大擴展了中子科學研究的範圍；它具有高脈衝通量和優越的脈衝時間結構，低本底，且不使用核燃料，只產生極少量活化產物等獨特優點。

它會給我們的生活帶來什麼樣的改變？

散裂中子源，其作用和顯微鏡、X射線有着異曲同工之妙，它們就像眼睛的延伸，去探索人類用肉眼難見的奇妙複雜的物質微觀世界。

那麼散裂中子源是如何發揮作用呢？

散裂中子源在日常生活中的應用非常廣泛，包括化學、磁學、超導、結晶材料、醫學、結構生物學等多個領域都有散裂中子源的應用。

在化學方面，中子散射是瞭解油脂和乳劑（如冰激凌）之類油水化合物基本化學結構的關鍵；科學家們試圖利用中子來研究骨骼在發育過程中是怎樣鈣化的，骨質疏鬆時骨骼又發生了怎樣的變化；中子散射技術還可以幫助人們瞭解牙膏中的化學添加劑是否真的有助於潔齒。

在磁學和超導方面，由於中子具有磁矩，可以揭示其他任何方法所無法獲取的材料磁性特徵的詳細情況。這些信息對於開發高密度記錄介質，如錄音帶、錄像帶、CD和計算機盤至關重要；先進的散裂中子源能提供足夠多的中子，在材料向超導狀態過渡時，幫助科學家們控制磁性所起的作用，這些基本信息可應用於設計高速的電子學設備。

在醫藥/結構生物學方面，DNA分子決定了蛋白質的合成，中子散射可獲得DNA的形狀和結構，廣泛用於醫療方面，如醫治癌症或艾滋病之類的重症；中子散射技術可研究藥物的結構及與標靶結合的特徵，爲藥物遴選、改性等提供依據，加快新藥研製進程。

它會對環境、健康有什麼影響麼？

散裂中子源是一臺大型射線裝置，產生的輻射主要是瞬發性的。只要加速器一停機，輻射場隨即消失，同時也不再引起空氣、冷卻水以及土壤的活化。

散裂中子源通常安置在地下隧道內，周圍用很厚的鋼筋混凝土牆來屏蔽輻射。在屏蔽外，劑量水平遠低於天然宇宙線產生的照射，大約只相當於宇宙射線對人體產生的劑量的1/10。即使工作人員，在工作場所5年所接受的劑量也僅與進行1次X射線胸透所接受的劑量相當。

對中國散裂中子源建設可能帶來的環境影響評價結果表明，中國散裂中子源運行時產生的中子、γ射線，以及少量放射性氣體的排放，對場址邊界外周圍公衆的年劑量水平大大低於國家標準GB18871規定的，對公衆的劑量限值標準1mSv/a，能夠保證公衆成員的健康與安全。另外，中國散裂中子源運行過程中產生的O3等氣體的濃度遠遠低於國家標準值，不會對周圍環境產生不利的影響。

本文綜合整理自“中國科普博覽”科普中國融合創作項目作品《散裂中子源有何作用？》作者：山夕團隊 唐媛

中科院高能物理研究所科普專題—散裂中子 http://www.ihep.cas.cn/kxcb/kpzt/kpzt_CSNS/

責編：梁奕宸