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中国先进研究堆中子科学平台初战告捷

2014-03-09 中国核电网 17
2013年12月15日,中国先进研究堆开展了锆合金织构测量,其国内首次成功的结果表明,该谱仪性能达到了国际先进水平。与此同时,中国先进研究堆堆内建设的高水平科学平台日趋完善,在国家重大科研项目申请、科研技术开发等方面成果崭露头角。

  作为我国综合性核科学研究基地和国家重要的战略核科技力量,在中国先进研究堆建成初期,2013年,原子能院以“提升管理、科技创新”为发展思路,全面开展与国内外大型科研院所和著名高校的多项合作,致力于解决关系国家全局长远发展的基础性、战略性、前瞻性重大科技问题,为满足国家国防科技工业的发展和其他重大需求,引领我国核科技自主创新和科技进步做出了重要贡献。

  科学平台研制与调试彰显自主创新能力

  原子能院作为我国大型综合性核科学研究基地,以大科学平台为基础,形成一批大型、先进、功能齐全的研究实验设施,使基础设施配套完整、基础研究实力逐渐强大,不断为国家核科技与核工业的发展贡献科学思想、技术储备、一流人才,充分发挥大科学平台的作用,采取有效的机制保障,真正实现科学平台研制与调试方面的自主创新能力。

  2013年,原子能院自主设计建造具有完全自主知识产权的高分辨粉末衍射谱仪调试取得成功,二氧化钛标准样品测量结果表明谱仪的性能已完全达到设计指标要求,将在先进功能材料微观结构研究提供重要工具;残余应力谱仪顺利完成初调工作,成功完成了异种钢铁焊接焊缝周围应力分布测量。与此同时,在线调试方面也取得重大突破:调试出第一条非弹性散射曲线,成功完成具有标志性的铜单晶色散曲线测量,表明中国先进研究堆中子散射平台已经具备开展非弹性中子散射实验的能力;四圆单晶谱仪完成谱仪调试优化,进行了氯化钠和硅单晶测试,已经具备开展前沿科学研究的能力;第一次成功调试出放射性束流,实现了对氦喷型在线同位素分离器在中国先进研究堆上的原理性验证,是国内首次将在线同位素分离器与核反应堆的完美结合,为今后放射性束流利用高通量反应堆在基础物理研究方面取得成果发挥促进作用。

  一段时间以来,虽然我国在材料和物理机制研究方面都取得国际前沿成果,然而作为研究该类问题的一个重要手段,我国中子散射技术基本依靠外国设备或与国外科学家合作,所以在显示度最高的成果里即便有中国人参与,也并未起到主导作用。国内中子散射用户纷纷表示,使用中国自己的大科学平台对于物质研究领域至关重要。而缩小我国在重大科学发现、重要前沿科学研究与国际上的差距,也迫切需要大科学平台的支撑。国家科技部基础司负责人曾表示,国家部署了一批重大的科学装置,中国先进研究堆非常重要。因此,无论是从中国先进研究堆本身的中子束优化方面,还是在应用方面,它都将发挥至关重要的积极作用。

  项目合作为科研技术开发提供强力支撑

  在前沿领域的研究中,解决重要物理问题时,由于我国一直缺少相关谱仪设备,从而使我国科学家在激烈的国际竞争中丧失重大科学发现的先机;而即便借助于国际中子中心对外开放的平台资源,在激烈的国际竞争中依然处于受制于人。由原子能院与中国人民大学于2013年3月正式启动的“冷中子非弹性散射谱仪的研制”项目作为国家重大科研仪器设备研制专项,获得了国家自然科学基金委1.3亿元人民币的资助,彻底打破这个被动局面。

  2013年,原子能院陆续与众多科研院所、知名高校展开了合作:与北京大学合作研制的高强度粉末衍射谱仪顺利完成建造和调试;与中科院物理所合作研制的热中子三轴谱仪成功建成,谱仪优化调试取得初步成功;与中科院化学所合建的反射谱仪成功完成了同济大学自主研制超镜全反射临界角分析测量;与中南大学合作获得“国家重大科研仪器设备研制专项”7600万国家自然基金支持,成为目前国内少有的连续两次获得基金委重大仪器专项资助的科学平台。

  目前人类面临的挑战涉及世界范围的能源、环保、人类健康、未来信息技术等诸多方面,中子散射技术是可利用的较具特色的解决手段之一。而优势互补、开放共享是支撑中子散射大科学平台良性运行的首要条件,同时,它对其应用前景也发挥了不可或缺的重要作用。

  2013年,中国先进研究堆在国内首次利用中子织构谱仪成功开展锆合金织构测量,测试结果表明谱仪性能达到国际先进水平;另外,中国先进研究堆中子照相技术发展取得突破,成功研制核燃料元件中子成像测试平台样机,并在国内首次开展核燃料包壳氢聚定量分析等方法学研究,成功开展动态两相流和三维CT中子照相实验研究,基于此,7项发明专利获得授权并正在制定2项国家标准。2013年,由原子能院研制的中子单色器、中子准直器等中子光学器件成功应用于中国先进研究堆谱仪;利用中子散射技术,开展了锂离子电池材料、负热膨胀材料、热电材料、铁电材料等先进功能材料的研究工作,揭示了材料微观结构与性能之间的密切关系,相关研究成果已发表在The Journal of Physical Chemistry等国际一流学术期刊上。

  毋庸置疑,中国先进研究堆中子科学平台将为全中国甚至全世界的科研工作者提供合作的基础,有助于推广“共建共享、合作双赢”的大科学平台建设和运行模式,推动国际范围内中子散射技术在物理、化学、材料和生命科学等研究领域应用的同时,满足我国航空、航天、核能、核工业等重大领域的迫切需求,为我国的国民经济和国防建设服务。

2013年,原子能院中子散射团队在中国先进研究堆运行团队的大力支持下(反应堆稳定运行总供束时间42小时、平均20兆瓦),成功对现有9台中子散射谱仪进行了调试和实验研究。作为管理单位的原子能院对管理理念大胆突破、对资源利用合理整合,并瞄准国家科技发展的战略需求,为满足创建世界一流科研院所目标与对相关学科交叉与融合的迫切需要,正努力建立一个创新型人才培养与科研基地,充分发挥国家综合性核科学研究基地的学科优势,立足于核威慑与核能可持续发展,在国防建设和国民经济发展中做出更大贡献。(李枭雄)
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