中國散裂中子源在國際上是怎樣的水平？它對粒子物理學未來的研究有怎樣的意義？

11-20

謝謝 @Yui Yoshioka 的邀請。

中國散裂中子源(CSNS)對粒子物理學研究沒有意義，對粒子物理研究沒有作用。而國家卻為此花了22億人民幣……納稅人的錢咋這麼用呢？

等等，既然對粒子物理沒用，中科院高能物理研究所的人為什麼要建造它？因為雖然它不能用來研究粒子物理，卻可以為材料科學、生命科學、化學化工、資源環境、新能源等諸多領域的研究提供一個先進、功能強大的科研平台。高能物理的人搭檯子搞後勤服務，其他學科的人來唱戲做主角。作為一種功能強大的超級顯微鏡，散裂中子源可以用於研究物質的微觀結構。

CSNS使用了中子散射技術：當一束中子入射到樣品上時，入射中子與樣品的原子核發生相互作用而被散射。測量散射中子的能量和動量變化，就可以研究在原子、分子尺度上各種物質的微觀結構和運動規律，告訴人們原子和分子的位置及其運動狀態。

陳和生院士：「散裂中子源技術在生物、生命、醫藥等研究領域發揮著X射線無法替代的作用，並與同步輻射光源互為補充，成為基礎科學研究和新材料研發的最重要平台之一。例如，散裂中子源的質子和中子可用於腫瘤的放射性治療研究，已在許多發達國家得到應用。還有，在新型清潔能源可燃冰的開發利用中，散裂中子源高壓下的中子衍射技術可用來研究可燃氣體甲烷水合物的形成機制和穩定條件，其研究成果將為安全、高效地開採和利用可燃冰提供科學依據。」

中國散裂中子源CSNS，與英國散裂中子源ISIS、美國散裂中子源SNS 和日本散裂中子源J-PARC 一起列入世界四大散裂中子源的行列（當然，我們這麼宣傳的時候，你應該明白，我們的CSNS應該是排在第四名……）。目前中國散裂中子源發射中子的密度比前面三個國家的中子源要低一些，未來我們有升級的計劃，有望趕上其他國家的水準。反正全世界擁有散裂中子源的國家只有5個，英國、美國，日本，中國和瑞士，先解決有無的問題，以後才有機會引領。散裂中子源的資源短缺，全世界的中子使用者永遠歡迎新的源。

以前中國的科研人員如果想用散裂中子源測樣品，只能申請使用國外的設備，一大幫人排隊好幾個月，作為緊缺的資源，大家搶著用，你愛來不來。想想施一公他們組為什麼厲害，以前在知乎上看過其他答主說，他的組裡有世界最大的冷凍電鏡系統，相比於國外排隊用個電鏡得等半個月一個月，施一公的組裡隨時照。2017年，位於廣東東莞的中國散裂中子源投入試運行，今後我國的科研人員擁有了全新的研究工具，有望使我國在量子調控、蛋白質相互作用、高溫超導機理等重要前沿研究方向實現突破。

以前東莞也許缺乏能夠吸引優秀科學家及其家人搬過去的服務和基礎設施，譬如學院和高校，畢竟大寶劍沒法留住人才不是？現在有了散裂中子源，當地有望成為一個科研勝地。

附一個中國散裂中子源昨天剛出的新聞：CSNS通用粉末衍射譜儀調試成功

【完】

以下是散裂中子源的公開新聞圖片

散裂中子源不是用來研究粒子物理的，嚴格來說它是把粒子物理技術應用到其它領域的一個裝置。

科學網有過相關報道，感興趣的人可以看看：

「超級顯微鏡」：探秘中國散裂中子源-新聞-科學網

散裂中子源產生強脈衝中子，通過測量中子束流在樣品的散射反應過程，探測樣品原子核的位置和運動狀況，為材料科學技術、生命科學、物理、化學化工、資源環境、新能源等諸多領域的研究和工業應用提供先進的研究平台。中國散裂中子源是我國「十二五」期間建設的規模最大的大科學裝置，將成為世界上第四台脈衝式散裂中子源。散裂中子源和利用X光探測核外電子來研究物質結構的同步輻射裝置互為補充，都是研究物質結構的強有力工具。
當中子入射到樣品上時，與它的原子核或磁矩發生相互作用，產生散射。通過測量散射的中子能量和動量的變化，可以研究在原子、分子尺度上各種物質的微觀結構和運動規律，告訴人們原子和分子的位置及其運動狀態。這種研究手段就叫中子散射技術。
做一個較為形象的比喻，假設面前有一張看不見的網，我們不斷地扔出很多玻璃彈珠，彈珠有的穿網而過，有的則打在網上，彈向不同的角度。如果把這些彈珠的運動軌跡記錄下來，就能大致推測出網的形狀；如果彈珠發得夠多、夠密、夠強，就能把這張網精確地描繪出來，甚至推斷其材質。
由於中子不帶電、具有磁矩、穿透性強，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，具有非破壞性，這些特性使得中子散射成為研究物質結構和動力學性質的理想探針之一，是多學科研究中探測物質微觀結構和原子運動的強有力手段。

稍微科普下吧。中子散射主要使用在材料物理，凝聚態物理上的。

中子源分兩種，一種是核反應產生的中子，一種是加速器打在target上，前者是單一波長，後者是多波長，可以做time of fly（當然需要探測器）。一般一個中子源可以分出很多stations。每個station就是一條beamline，一般一條polarized neutron的beamline有polarizer，analyser，detecter和guide field，fliper等等

中子可以用來做phase contrast成像（對H的散射截面比較大，X-ray對H原子的散射截面比較小），一般的輻照的成像，彈性散射可以測sample的結構，非彈性散射可以測elemetary excitation 等等等等

我們學校就有個中子源，很小，flux比較低，是一個小加速器產生的，一年大概有幾個月可以run，其他時間在維護，target很容易會被打下來。特色大概是可以做time of fly。我以前的老闆Roger在做neutron spin echo。加速器的話，費電，核反應費核燃料吧。

oak ridge其實有兩個中子源，一個是sns（加速器），一個是HFIR（核反應）。去oak ridge做實驗的時候還能去參觀核反應堆，水裡藍藍的切倫科夫輻射。NIST有一個核反應的中子源，比oak ridge好用，很吊。LANL本來也有的，結果已經拆了，15年的時候，儀器都運走了。感覺比較牛逼的還是歐洲的源。

束縛中子散射發展的最大問題就是flux太低，比不上X-ray。至於水平怎麼樣，基本上就是看flux強不強，強的話做實驗就快，弱的話就耗時間唄。一般一個中子源可以分出來十幾條beamline，不知道中國散裂中子源有幾條beamline，好像不太多。有總是好的。

可以去看一下美國橡樹嶺2006年建成的類似設施的介紹spallation neutron source (SNS) ：https://neutrons.ornl.gov/sns，https://en.m.wikipedia.org/wiki/Spallation_Neutron_Source。就可以了解這個中子源的作用了。遺憾的是中文維基百科上我看到了歐洲即將建成的散裂源的介紹，卻沒沒找到橡樹嶺這個已建成的散裂源的介紹，囧。。。

和高能粒子物理無關，這個散裂中子源是用來產生散射中子束，和電子顯微鏡中的散射電子束，同步XRD中的散射X射線一樣，是用來觀測表徵材料的結構，磁性，化學鍵等各種微觀與宏觀性質的。由於散射的介質不同（電子與X射線散射核外電子，中子散射原子核），中子散射能夠觀測其他的現象，和其他的散射方式起到互補的作用。

建議提問者加上「材料科學」這個標籤，考慮去掉「核物理」與「粒子物理」兩個標籤。這兩個課題大多研究的是高能量的反應。而散裂中子源產生的中子是要被冷卻後才作為散射源使用的，能量僅僅是meV到eV級別，和MeV到GeV的核物理粒子物理基本不沾邊。唯一相關的就是由於中子不帶電，所以散射中可以無視核外電子與原子核作用，相互作用的機理的確是與核物理相關的。

簡單來說，
基礎科學，無論是幹嘛的，只要是真心實意的搞，好好搞，花多少錢都值得，就算最後證明方向錯了，方法錯了那也是值得的，科學研究本身就是試錯的過程。我們國家在這方面欠下的學費太多了，趁現在經濟環境好，國家拿的出錢搞研究抓緊時間搞。不能把錢留在銀行，等著戰爭爆發了在去買飛機。前人的教訓還不夠么？