在現(xiàn)代科研體系中，中子源扮演著舉足輕重的角色。中子作為一種不帶電的粒子，能夠深入物質(zhì)內(nèi)部，與原子核相互作用，從而揭示物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性。在材料科學(xué)、生命科學(xué)、物理學(xué)等多個領(lǐng)域，中子散射技術(shù)都是不可或缺的研究手段。
例如，在材料科學(xué)中，通過中子散射可以研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)以及材料在不同條件下的微觀變化，這對于研發(fā)新型材料，如高溫超導(dǎo)材料、高強(qiáng)度合金等至關(guān)重要;在生命科學(xué)領(lǐng)域，中子散射能幫助科學(xué)家了解生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，為藥物研發(fā)和疾病治療提供關(guān)鍵信息。
ESS在建設(shè)的第一階段，用戶將能夠使用15臺儀器。這些儀器的中子產(chǎn)生依賴于位于散裂靶上方的蝶形慢化器系統(tǒng)。慢化器的作用是將散裂反應(yīng)產(chǎn)生的高能快中子減速為低能熱中子或冷中子，以便用于各種實(shí)驗(yàn)研究。在這個階段，蝶形慢化器系統(tǒng)為用戶提供了開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)條件，推動了相關(guān)領(lǐng)域的初步發(fā)展。
而HighNESS項(xiàng)目，由歐盟“地平線2020”計劃資助，為ESS的發(fā)展注入了新的活力。該項(xiàng)目旨在為第二臺慢化器提供全新設(shè)計。這臺即將位于散裂靶下方的第二臺慢化器，意義非凡，它將成為世界上最強(qiáng)的中子源。從行業(yè)發(fā)展的角度來看，這一舉措是對現(xiàn)有中子源技術(shù)的重大突破。目前，全球范圍內(nèi)雖然存在多個中子源設(shè)施，但提高中子源的強(qiáng)度和性能一直是科研人員不懈追求的目標(biāo)。更高強(qiáng)度的中子源意味著能夠進(jìn)行更精確、更深入的研究。
新的慢化器在冷中子、超冷中子和極冷中子能區(qū)提供更高強(qiáng)度的中子，這將極大地推動凝聚態(tài)物質(zhì)多個領(lǐng)域的研究。在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，研究材料的量子特性、電子結(jié)構(gòu)和相變過程等，需要高精度的實(shí)驗(yàn)手段。
冷中子和超冷中子能夠?qū)Σ牧系奈⒂^結(jié)構(gòu)和動力學(xué)進(jìn)行更細(xì)致的探測，有助于科學(xué)家深入理解高溫超導(dǎo)、量子磁性等復(fù)雜物理現(xiàn)象，為開發(fā)新型量子材料和量子器件奠定基礎(chǔ)。在納米材料研究中，極冷中子可以用于研究納米尺度下材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，幫助科研人員開發(fā)出性能更優(yōu)異的納米材料，應(yīng)用于電子、能源、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。
此外，新慢化器也為基礎(chǔ)物理學(xué)提供了獨(dú)特的機(jī)會。在基礎(chǔ)物理學(xué)研究中，對中子的特性和相互作用的深入研究有助于揭示宇宙的基本規(guī)律。例如，通過研究中子的衰變特性、中子與其他基本粒子的相互作用等，可以驗(yàn)證和完善現(xiàn)有的理論模型，探索新的物理現(xiàn)象。這對于理解宇宙的起源、物質(zhì)的基本構(gòu)成以及自然界的基本相互作用具有重要意義。
HighNESS項(xiàng)目的第2工作包專注于通過為中子學(xué)計算提供核數(shù)據(jù)支持并改進(jìn)配套物理軟件來支持第二臺慢化器的設(shè)計。
核數(shù)據(jù)是中子學(xué)計算的基礎(chǔ)，精確的核數(shù)據(jù)能夠確保慢化器設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性。在慢化器設(shè)計過程中，需要準(zhǔn)確模擬中子在各種材料中的散射、吸收和慢化過程，這就依賴于大量精確的核數(shù)據(jù)。同時，改進(jìn)配套物理軟件也是至關(guān)重要的。先進(jìn)的物理軟件能夠更高效地處理復(fù)雜的中子學(xué)計算問題，優(yōu)化慢化器的設(shè)計參數(shù)，提高慢化器的性能。
從行業(yè)發(fā)展來看，這一工作包的研究成果不僅對ESS的第二臺慢化器設(shè)計有直接幫助，還將推動整個中子學(xué)計算領(lǐng)域的發(fā)展，為其他中子源設(shè)施的設(shè)計和改進(jìn)提供參考和借鑒。隨著科研的不斷深入，對中子源性能的要求會越來越高，而HighNESS項(xiàng)目的研究工作為未來中子源技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
