抗癌新利器！中國散裂中子源：讓微觀世界“視而可見”

從“一紙規(guī)劃”到鑄就“國之重器”，我國首臺脈沖型散裂中子源——中國散裂中子源在廣東東莞誕生。散裂中子源科學中心副主任梁天驕帶領(lǐng)團隊實現(xiàn)了高功率靶站多項零的突破、推動譜儀開放運行與科學應(yīng)用，依托工程發(fā)展的技術(shù)參與設(shè)計研制抗癌新“利器”……目前，中國散裂中子源二期工程今年下半年將動工建設(shè)。

中國散裂中子源已經(jīng)成為大灣區(qū)核心大科學裝置（松湖宣供圖）

據(jù)悉，中子散射應(yīng)用的源頭在于靶站的中子學性能，直接決定了“中子工廠”的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。梁天驕介紹中國散裂中子源（China Spallation Neutron Source，以下簡稱CSNS）建設(shè)初期的情況時提到，相比我國已有部分積累的質(zhì)子加速器和中子譜儀，設(shè)計、建設(shè)好靶站成為CSNS工程的重大挑戰(zhàn)。

CSNS建設(shè)具有科研和工程的雙重屬性，物理先進性如何保證？工程可實現(xiàn)性如何保障？靶站設(shè)計方案經(jīng)歷了多次重大調(diào)整，每次調(diào)整都需要大量的時間和精力重新計算和設(shè)計，綜合考慮物理性能、技術(shù)可行性、可維護性等因素。從固定靶加甲烷慢化器水平維護的初始方案，到旋轉(zhuǎn)靶加液氫慢化器方案，再到固定靶加液氫慢化器分離維護方案，最終確定緊湊耦合的高中子效率靶站方案，通過靶-慢化器-反射體緊湊耦合的物理和工程設(shè)計，保證靶站高中子效率。

2011年9月，CSNS開工建設(shè)，這是我國第一個異地建設(shè)的大科學工程。2017年8月28日10點56分18秒，散裂中子源成功打靶，產(chǎn)生了第一束中子。

CSNS于2018年正式開放運行，它不僅能夠滿足前沿基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)對尖端研究手段的需求，而且廣泛應(yīng)用于眾多百姓生活密切聯(lián)系的相關(guān)研發(fā)。散裂中子源就像一臺“超級顯微鏡”，能夠利用中子散射探測物質(zhì)微觀的結(jié)構(gòu)和動力學。為了高效、安全地開采和利用可燃冰，中子散射可用來研究可燃氣體甲烷水合物的形成機制和穩(wěn)定條件；在工程機械領(lǐng)域，中子散射可應(yīng)用于大型工程部件殘余應(yīng)力和金屬疲勞的研究；在醫(yī)療健康行業(yè)，運用這項技術(shù)能夠看清蛋白質(zhì)在不同時間空間尺度上的變化過程……

其中，小角中子散射儀、微小角中子散射儀所探測的是物質(zhì)內(nèi)部納米到微米尺度的微觀結(jié)構(gòu)。梁天驕舉例說：“也可用于研究如何調(diào)整冰淇淋的成分配方使其更加可口?！彼€表示，由于在研究含有氫、鋰等輕元素的能源材料、軟物質(zhì)等方面的優(yōu)勢，中子譜儀也成為研究鋰電池的“利器”。

依托散裂中子源工程建設(shè)發(fā)展的技術(shù)，基于加速器的硼中子俘獲治療裝置計劃明年在東莞開展人體臨床試驗，硼中子俘獲治療（Boron Neutron Capture Therapy，以下簡稱BNCT）將為癌癥患者帶來曙光。該裝置的治療原理是硼藥在腫瘤患者體內(nèi)的癌細胞靶向富集，中子入射“引爆硼藥”，精準“打擊”癌細胞。“對于腦膠質(zhì)瘤、黑色素瘤和頭頸部復發(fā)腫瘤，BNCT是行之有效的治療手段，且已開始嘗試治療肺癌、肝癌、胰腺癌等臟器腫瘤。”梁天驕解釋道。他還提到，要加大科研投入，加強國際合作，加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化進程，希望盡快將這一科技成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，造福癌癥患者。

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把關(guān)專家 | 散裂中子源科學中心副主任梁天驕

編輯 | 李婉欣

審核 | 劉肖勇