[科学技术]世界最强氘氚中子源究竟“强”在哪

核能是20世纪人类最伟大的成就之一。中子被称为核能系统的“灵魂”，是反应堆核反应的触发粒子和能量载体，也是核热能和放射性的来源。中子源是中子产生、研究和利用必不可少的科学装置，也是中子物理和辐射安全研究、先进核能系统关键技术和核技术交叉应用的重要实验平台。

最近，中国科学院核安全技术研究所林峰核能小组的研究人员在中子输运物理和技术方面取得了突破性的创新研究成果。该团队开发了一种大电流氘氚中子源实验装置hineg，其中子源强度是世界上现有同类装置中最高的。那么，这个“世界上最强的氘氚中子源”强在哪里呢？

超强中子靶承载着太阳表面三倍的热流密度

“中子靶是中国的核心系统之一。大电流离子加速器产生的大功率氘离子束轰击含氚的中子靶，靶上发生氘聚变反应产生中子。”中国科学院核安全技术研究所所长、fds林峰核能团队创始人吴亦灿研究员告诉《科技日报》记者。为了产生大电流中子束，靶需要受到大功率离子束的轰击，这就给靶带来了高强度热流耗散的问题。

“中国中子靶的热通量是太阳表面的三倍。如果散热问题没有很好的解决，靶温会迅速升高，靶中所含的氚会迅速释放，中子就无法连续稳定的产生。当目标温度上升过快时，甚至有可能瞬间熔化燃烧。”吴亦灿说。

为了解决中子靶的高效散热问题，美国国防科学研究院林峰核能小组发明了阵列射流结合强剪切场的高效散热技术，并通过反复验证试验，成功实现了高效散热，将靶温控制在200℃以内。

不带电荷的中子也可以被精确控制

氘和氚的聚变反应产生14兆伏(mev)单能中子。为了模拟和再现先进核能系统的复杂中子谱环境，需要对产生的单能中子进行精确控制，这对于各种实验研究来说，无疑是又一个严峻的挑战。

“我们知道电子和质子都是带电粒子，这些带电粒子可以被电场或磁场控制。但是中子是不带电荷的，不能被电磁场调节，但是可以被特定物质中的中子和原子核调节。反应过程需要精确的理论方法和实验技术。”吴亦灿告诉记者。

基于中子输运理论的研究成果，fds林峰核能团队发明了精确中子输运控制的关键技术，实现了先进核能系统复杂中子谱环境的精确再现，对先进核能系统的研究具有重要意义。

核能与核技术交叉应用研究的重要平台

与传统核反应堆相比，先进的核能系统可以大大提高资源利用率，减少核废料的产生。Hineg能够真实再现多种先进核能系统的复杂中子谱环境，开展理论与程序验证、核数据测量与验证、反应堆部件核性能验证等实验研究。

中子照相是一种探测物质内部微观结构的“微探测”技术。它利用中子在不同物质中穿透能力的差异来洞察物体内部结构，弥补了X射线等其他无损检测技术在检测含氢材料、重金属成分结构和放射性材料方面的不足。hineg产生的强中子束可用于进行高精度无损检测，服务于中国航空空航天等领域的快速发展。

中子治疗是一种快速发展的癌症治疗方法，是一种具有内在安全性的生物靶向放射治疗模式，对患者正常组织损伤小，能有效提高患者的生活质量，为人类战胜恶性肿瘤创造了新的途径。一些国际知名专家表示，在癌症领域，20世纪可以说是X射线的世纪，而21世纪将是中子治疗的世纪。Hineg可以作为中子癌治疗技术研究的重要平台，促进中国中子癌治疗的发展。