中国散裂中子源(CSNS)项目,落户于松山湖科技园区,是建在中国的第一座基于加速器加速高能质子轰击金属靶而产生大量散射中子的中子源。在这个装置中,高能量的质子轰击金属靶,引起金属原子的散裂反应。顾名思义,散裂,一分为多,金属靶在这个反应中会释放出大量的中子,这些中子被安全地引出到实验测量装置上,供科学和工业研究用。
中国散裂中子源(CSNS)将在2018年迎来验收。
这个我国目前已建成的单项投资规模最大的大科学工程,历时十余年建设。陈延伟自始至终参与其中,见证了它从无到有并逐渐走向成熟的过程。
近日,凭借突出贡献,陈延伟荣获2022年全国五一劳动奖章。
迎难而上誓要造出“显微镜”
坐落在广东东莞松山湖一片荔枝林中的中国散裂中子源,被称为“超级显微镜”。借助这个“显微镜”,人们有机会一窥微观世界。而陈延伟就是参与建造这个“显微镜”的人。
中国散裂中子源是个实打实的庞然大物。陈延伟介绍,中国散裂中子源位于地下17米,项目总占地面积约7万平方米,由1台8000万电子伏特的直线加速器、1台16亿电子伏特的快循环同步加速器、1个靶站,以及多台供科学实验用的中子散射谱仪等设备组成。
要理解散裂中子源的工作原理,还要从小小的中子说起。中子的发现是20世纪最重要的物理发现之一。中子不带电、穿透性强,能分辨轻元素、同位素和近邻元素,且不具有破坏性,这使得其成为探究物质微观结构和动力学性质的理想“探针”之一。
散裂中子源能够将质子加速到16亿电子伏特,达到0.92倍光速,使其化作“子弹”,去轰击原子序数很高的重金属钨靶,随后钨原子核被撞击出大量中子。而利用这些中子对物质进行散射,可以探察到物质内部的微观景象。这就如同X射线可以穿透人体、被用于医疗影像拍摄一样。
陈延伟说,小到蛋白质、DNA,大到航空发动机叶片、高铁轮毂,散裂中子源能够于毫末细微之间,发现物质不为人知的奥秘。
从外表看,散裂中子源是个“大块头”,但其内里却十分“讲究”,其多项建设要求堪称苛刻。陈延伟举例道,比如加速器和靶站在建成后每年的不均匀沉降要小于0.5毫米。“要用散裂中子源进行精密的科学实验,因此对基础施工的要求非常高。”他说。
中国散裂中子源是全球第四台脉冲式散裂中子源,前三台分别在英国、美国和日本,关键技术由国外掌握,没有引进的可能。“我们国家是头一次建,在正式建造之前,要通过大量的预制研究,对关键技术进行攻关。”正是在如此困难的情况下,陈延伟及其团队成员出发了。
与时间赛跑“抢”出“中国速度”
摆在陈延伟和团队成员面前的第一个困难是异地建设。大科学工程的建设队伍专业性强,涉及的学科门类众多,组建起一支成熟的队伍十分不易。而工程在东莞进行异地建设,陈延伟直言不讳,这给团队的稳定性带来了挑战。
工程一旦开工,便要马不停蹄地推进,免不了要长期驻扎在东莞。对于已成家的科研人员来说,需要与家人长期相隔两地、聚少离多。而尚未成家的年轻人则忧虑未来的生活问题。
“有年轻人会问我,我应该在哪里成家?东莞还是北京?”陈延伟统计过,从工程建设开始,家在北京的专家每年待在东莞的时间都超过了300天。而这样的日子并非一两年,而是持续了近十年。陈延伟则更是从2006年选址开始,一直到今天,始终坚守在东莞,一年中只有少数时间能够回到北京与家人团聚。
虽然异地建设困难重重,但陈延伟和团队成员基本都努力克服了。而令陈延伟至今都印象深刻的一次挑战,来源于加速器隧道土建施工。当时,装置所在地地质条件复杂,且南方雨水丰沛,使得土建施工难度比预想中要大。不断出现的施工挑战,更是让土建施工的工期延误了一年多。
陈延伟说,“后墙不倒”是中国科学院高能物理研究所的传统,向国家承诺好的竣工时间绝不能推迟,必须把工期抢回来。
正常情况下的施工顺序,应是在土建施工结束后,设备再进场调试。但面对工期严重延误的特殊情况,只能采取特殊措施。陈延伟团队决定交叉施工,利用土建施工的间隙,进行设备安装和调试。二者同时进行虽然可以大幅节约时间,但会极大增加工作量与工程调度的难度。
那段时间,陈延伟和团队成员都放弃休假,一头扎进施工现场。一个节点一个节点地抢。“几百个日夜的赶工,硬是把工期给抢出来了。”如今陈延伟回忆起那段日子,仍然十分感慨。
项目原定工期6年半。2011年正式开工,2017年首次打靶成功,严格按照项目要求完工。在2017年末举行的散裂中子源国际顾问委员会年度会议上,有外国专家由衷地感叹这一“中国速度”:“难以想象你们在短短的一年内完成了如此多的工作。”但陈延伟知道,“中国速度”的背后是所有工程建设者夜以继日用汗水浇灌的结果。
将最终成果归功于整个团队
2017年8月28日,中国散裂中子源的控制室里,陈延伟和其他建设者们一起,眼睛紧盯着大屏幕,等待着第一次打靶的结果。当大屏幕上终于出现第一束中子束流的数据时,欢呼声即刻响起,中国散裂中子源一次打靶成功。在场所有人都热烈鼓掌,紧紧拥抱。
在几天后的新闻联播中,陈延伟面对镜头仍难掩激动与喜悦,骄傲地宣布我国将于次年春天成为继美国、英国、日本后,第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。
但每当谈起这一重大成果时,陈延伟说得最多的两个字,还是“团队”。在他看来,他只是数百人团队中的一员。能够取得今天的成果,依靠的仍然是团队的力量。这是一支年轻的队伍,队伍中35岁以下的年轻人超过70%,而整个队伍的平均年龄只有37岁。
虽然队伍中青年骨干居多,但也不乏中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生这样的老一辈科学家。在陈延伟看来,正是前辈们以身作则、事必躬亲的工作态度,才锻炼出了这样一支能打硬仗的队伍。
陈延伟常把大科学工程的建设类比航天事业。二者都需要团队作战,也都需要多学科、多部门协作,参与人员要有很强的科研攻关能力;更重要的是,他们都是默默无闻的,有甘于奉献的精神。“大科学工程建设是一项周期十分漫长的工作,必须不声不响地闷头干事,要耐得住寂寞、坐得了‘冷板凳’,一步一个脚印朝着科学目标前进。”他说。
陈延伟的脚步没有停下。
中国散裂中子源二期工程预计于今年内正式动工,这将是他未来的重点工作之一。目前相关关键技术研发工作进展顺利,其加速器打靶功率将从100千瓦提升到500千瓦,设备研究能力到时也将得到大幅度提升。
从削山开建一期工程,到如今二期工程即将启动,陈延伟完整参与、见证了中国散裂中子源的发展历程。在南国东莞的土地上,陈延伟用他的黄金年华“浇灌”了这项事业,同时也收获了累累硕果。(都芃)