文/羊城晚报全媒体记者 李钢
中子，是物理学家用来探索微观世界的显微镜。我国在东莞建设了世界上第四台散裂中子源。那么，散裂中子源究竟是什么样的科学装置？有什么实际应用？
近日，由广州市科技局主办，广东科学中心、羊城晚报社联合承办的珠江科学大讲堂第113讲特意邀请了中国科学院高能物理研究所研究员黄蔚玲，为大家带来了“微观之眼——散裂中子源”的科普讲座。
据介绍，黄蔚玲博士毕业于清华大学工程物理系，2014年起常驻东莞，服务于中国散裂中子源项目建设。现负责CSNS-Ⅱ加速器束流流强及束团纵向形状探测器研制等工作。
观察微观：用粒子加速器撞击原子核
对于肉眼根本看不到的微观世界，人类该如何拓展自己的“视野”？
100多年前，著名的科学家欧内斯特·卢瑟福做了一项著名的实验——阿尔法粒子散射实验。在这个实验的基础上，卢瑟福提出了著名的原子核式结构模型。
黄蔚玲说，在以前，物理学家认为在微观世界中，物质处于均匀分布的状态。
而在实验中，卢瑟福通过一个阿尔法放射源释放出许多阿尔法粒子，发射出的粒子会打到金箔上，并且在金箔周围放置了一圈荧光屏。他发现，除了金箔的前方，还在其他不同方向发现了发射出来的阿尔法粒子。由此他推出，金箔中的金原子是有内部结构的，其结构就如同太阳系一般。这就是卢瑟福提出的原子行星模型。
在此之后，科学家们又想进一步探究：在原子核内部究竟有什么？
1935年，詹姆斯·查德威克因为发现原子核中的中子而获得了诺贝尔物理学奖。科学家是如何发现原子核内部的结构的？这就需要用到粒子加速器。加速器可以像发射子弹一样，发射出具有高能量的粒子，将原子核打碎，从而“看”到内部有什么。
中子射线：无损观察物体内部成分
黄蔚玲说，人们都知道赫赫有名的卢浮宫博物馆，但却没有多少人知道，在卢浮宫庭院著名的玻璃金字塔15米深处的地下，有一台名为AGLAE的粒子加速器。这一加速器可以产生两种粒子射线，其分辨率可以达到27微米之高。
这台加速器有什么作用呢？黄蔚玲说，当年法国考古队在非洲发现了一件文物“端坐的书记员”。考古学家和物理学家们利用加速器从这件文物的眼睛里，发现了黑水晶、碳酸镁、氧化铁等物质。因此，我们可以利用粒子加速器产生的射线，在不损坏文物的情况下去研究它的内部材质构成。
极其微小的中子，可以被当作探测微观世界的一个探针。中子不带电，不会和物质发生电离作用，穿透性很强，而且中子具有磁矩，可以从磁性材料中进行一些特殊的分析。中子对质量非常轻的原子核非常敏感，因此可以用来分辨碳氢氧等有机物元素，这一特性对于开展原物无损研究非常重要。
黄蔚玲介绍，在对一座南北朝鎏金铜佛像进行观察时，用X射线“看”不到其内部的木质支撑结构，而使用中子射线则可以“看”到在佛像中间位置有一个呈尖形的木质支撑。这样就可以做到在不破坏铜像的前提下，观察其内部结构，了解古代工匠铸造时的工艺。
其他应用：研究抗癌药物
此外，中子射线还有很多的应用，其中很重要的一项是可以在抗癌领域大显身手。
在抗癌药物研究中，可以应用中子射线去发现药物如何与体内的癌细胞相互作用，从而帮助研发人员更好进行研究。
如今应用日益广泛的新能源锂电池，也可以通过中子射线来观察电池内部是如何进行能量交换，动态化学过程是如何发生的。中子射线还可以用来研究高强度钢，让汽车做到省油省电，还更加坚固。
黄蔚玲介绍说，20多年前，德国的高铁曾经发生了一起重大事故。在应用了英国散裂中子源进行研究后发现，事故的原因是车轮在经历了长时间运转之后，出现了材料疲劳的现象，也就是在内部结构上产生了极其细微的断裂。为了避免事故的发生，我们需要通过中子散射的技术来查看车轮的内部结构是否发生了变化，从而判断其服役周期，及时更换设备。
散裂中子源：制造中子的工厂
黄蔚玲介绍，散裂中子源其实就是一个中子工厂，利用人工核反应，让中子从原子核中被释放出来。
假想有一个桶，里面装满了很轻的气球，然后把一个较重的球扔进去，就会有一些气球会受到冲击后飞出来。这个过程，其实就是裂变反应的过程。高能量带正电的质子，可以在强电场的作用下一直被加速，然后将原子核打碎，很多中子就会在吸收了能量之后，“蒸发”出来。使用这种方法产生中子的工厂就被叫作散裂中子源。
因此，散裂中子源也被称为超级显微镜。中国散裂中子源的主体部分由一个负氢离子直线加速器、一个快循环质子同步加速器和靶站构成。质子在经过不断加速后，以接近光速的速度击打重金属靶（钨靶），从而发生散裂反应，产生中子。
目前我国已经成为第四个拥有脉冲型散裂中子源的一个国家。参与了中国散裂中子源建设的黄蔚玲说，中国建设散裂中子源并不容易，需要克服非常多的技术困难和挑战。值得大家骄傲的是，设备的国产化率超过了90%。