今天，高能非弹谱仪在散裂中子源上线了

11月12日，中山大学和散裂中子源科学中心联合建设的高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪（以下简称“高能非弹谱仪”）正式揭牌，将成为科学家观察物质材料的新“中子眼睛”，预计于明年正式投入使用，有望进一步揭示高温超导材料的机理和微观秘密。

“希望谱仪开放运行后，坚持面向世界科技前沿和国家战略需求，主动服务粤港澳大湾区，积极推动我国中子科学与技术发展。”中国科学院院士、中山大学校长高松说。

位于东莞中国散裂中子源的高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪（高能非弹谱仪）

成功出束的散裂中子源“5号线”

用科学家们的话来说，中子散射谱仪就像一台“中子版”的超级显微镜。用X光、磁共振等技术看不透的物质内部，用中子散射谱仪有可能看清。

中国散裂中子源副研究员任清勇介绍，当特定速度的中子轰击样品，其与样品内部的原子等发生撞击，不同的结果就能反映出样品材料的不同特性。用“中子视角”观察材料，能看到用其他方法看不到的细节。

为这台显微镜提供光源的是中子源。在位于东莞的中国散裂中子源，高能量的质子束流经过一条超长的“跑道”后撞上一个钨靶，发生散裂反应，产生中子。

围绕靶心，20条中子通道呈放射状分布，高能非弹谱仪位于其中的“5号线”。

在这里，设计入射能量范围为10-1500毫电子伏的中子从慢化器射出，击打在物质样品上面，分别沿着不同的方向以不同的能量射出。分析这些撞击结果，数据可用于物质的晶格振动、磁性激发和晶体场激发等特性研究，为物理、化学、材料、力学和交叉学科研究提供支撑。

中山大学物理学院副院长、教授王猛介绍，从2017年开始，中大就与中国科学院高能物理研究所开展合作，计划在散裂中子源上建设我国第一台高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪。2019年，高能非弹谱仪通过可研评审，正式开始建设，建设经费超过一亿元。

任清勇形象地描述：“高能非弹谱仪需要用到高压氦-3管子组成的阵列探测器来探测中子。一条氦-3管价值40万元，等于一辆不错的轿车了。目前谱仪里已经装上了150条，未来还要加装100条。”

投入到位了，但高能非弹谱仪建设的过程仍可谓一波三折。

任清勇介绍，谱仪的核心部件之一“费米斩波器”，其核心技术主要由欧美国家掌握。中大订购的费米斩波器过境某国进行测试，竟然被该国拒绝审批放行，导致货期延误超过一年，严重影响建设进度。

为了保证高能非弹谱仪的顺利建成，科研人员通力合作，提前布局，经过艰苦努力，自主研制了国内首个费米斩波器，填补了空白，并通过快速的迭代改进，目前性能已经基本达到设计指标。 通过尖端科学仪器建设，倒逼上下游研究者和生产商提升技术，助力高端制造。

今年6月，高能非弹谱仪顺利测量到了钒的声子谱，标志着中国首台高能非弹性中子散射谱仪建设成功。

将支撑国内基础研究，揭示高温超导机理

“我出国前，我国还不具备非弹性中子散射研究的实验条件，中国人想做研究，要向其他国家中子源申请。”王猛说，以英国的中子源为例，科研项目排队已经排到18个月后，“像镍氧化物高温超导体这种探索性的、科学原理还不够清晰的项目，更不容易排上队。”

2016年前后，正在国外读博士后的王猛了解到我国正在广东东莞建设中国第一个散裂中子源，而且进展顺利。他迅速做了决定：回中国，到中大，做中子散射。回国后，他很快就参与推进与中国散裂中子源合作建设高能非弹谱仪。

中学物理告诉我们，中子具有波粒二象性，可以用于研究物质结构和动力学。王猛介绍，非弹性中子散射技术是表征物质动力学的最重要工具之一，对物理、化学、材料科学、生命科学、地学等基础学科有着重要意义。

此前，高能非弹谱仪已经面向全球征集科学项目，未来预计每年开展2次审批，从科学价值、设备适用程度等维度筛选出合适的项目。

王猛团队今年7月在《自然》杂志上发文，报道在全球率先发现新型双层镍氧化物超导体引起国内外研究人员高度关注。“高能非弹谱仪有可能为高温超导机理研究带来全新的认识。”王猛说，团队从理论上预言，相比其他超导材料而言，镍氧化物超导材料会有更高能量的磁激发信号，“但关键的数据我们还没有测到，高能非弹谱仪正式投入使用后，我们可以利用中子谱仪观察镍氧化物的微观结构，获取磁性、自旋动力学等数据。”

除了高温超导材料外，高能非弹谱仪也可以为能源材料、磁性材料等领域研究提供机理研究的帮助，为新材料开发打下基础，成为人类理解物质世界的“中子眼睛”。

“虽然我们做的是基础研究设备，但它就像上游的大河，能滋润下游的很多科研团队和成果转化企业。”王猛也期待，围绕高能非弹谱仪的建设和科学项目凝聚起一支青年人才队伍，“大家聚在一起，有交流平台，也有发展机会。”

背景知识：高能非弹谱仪的全称到底怎么断句？

一直被简称的“高能非弹谱仪”，全称到底怎么断句、如何理解？南方+来教你。

跟我读：高能/直接几何/非弹性中子散射/飞行时间/谱仪。

高能：

可理解为入射中子所带的能量。

通俗地说，高能中子能量更大、飞得更快，能实现更高能的激发，对人理解高温超导机理等起到重要作用。

直接几何：

飞行时间中子谱仪可以有两种设置，一种是直接几何，另一种是非直接几何（逆几何）。

通俗一点理解，在直接几何的谱仪中，入射中子首先通过斩波器被单色化，在和样品发生散射后又被不同散射角度的探测器探知。而如果是逆几何谱仪，入射的中子是宽波段的，没有经过斩波器筛选， 出射的中子的动量和能量则被严格限定。

非弹性中子散射：

非弹性与弹性相对。当两个物体碰撞，过程中往往会发生能量转移，微观上还会对应动量、热量、角动量等转移，这类碰撞称为非弹性碰撞。

通俗一点说，将中子想象成小球，当携带一定能量的小球与其他物体发生碰撞并弹开，弹开的小球所带的动能就是末态能量，如果能量发生变化就是非弹性散射， 留在物体上的能量就是能量转移量。非弹性散射过程发生的几率比弹性散射小很多，因此也更难被测出来。

非弹性中子散射技术，是少有的能够直接在整个动量空间探测声子和自旋激发谱的实验技术，在高温超导、量子磁性、拓扑材料与量子计算领域研究中有重要作用。

飞行时间：

指通过测算中子发生非弹性碰撞后的角度、位置以及飞行时间，计算出其动量，再与初始动量相比较，算出非弹性散射过程中能量变化。

谱仪：

一类科研仪器的统称。

南方+记者 钟哲

【作者】 钟哲

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