11月16日，我国首台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”）验收会暨交接仪式在中国散裂中子源举行。历经八年合作攻关，从概念蓝图变为科学现实，这台致力于观测物质微观世界的结构与动力学性质的大国重器来之不易。
可以覆盖绝大多数的非弹性中子散射实验场景
高能非弹谱仪填补了我国百毫电子伏以上非弹性中子散射的空白。非弹性中子散射谱仪既可获得散射中子的空间分布信息，也可获取散射中子的能量变化，可以在动量与能量空间测量物质微观结构的动力学行为。利用费米斩波器和带宽斩波器协同工作，可实现多波长模式和单波长模式的快速切换。高能非弹谱仪的入射中子能量为10-1500meV（注：毫电子伏），可产出最佳能量分辨率3%动力学激发信号，此外谱仪提供1.5-800K（注：开尔文）高低温环境和7T（注：特斯拉）磁场环境，可以覆盖绝大多数的非弹性中子散射实验场景。值得一提的是，受益于超大的探测器面积，谱仪特设有白光劳厄相机工作模式，将有助于快速探测单晶材料的结构和磁结构等信息。它将为高温超导物理机制、量子磁性作用机制、热电材料输运性质、电池中离子扩散机制、以及生物材料活性等前沿基础研究工作提供关键微观结构动力学信息。高能非弹谱仪作为我国重要的物质动力学性质研究平台，将为物理、化学、材料、力学和交叉学科研究提供实验条件。
2017年，中山大学与中国科学院高能物理研究所签署战略合作协议，启动中子谱仪合作项目。经过两年的论证和预研，确定面向学术前沿和中国散裂中子源需求建设中国首台高能非弹性中子散射谱仪。谱仪自2019年正式启动建设。中山大学和散裂中子源科学中心共同组成谱仪建设团队，与专业技术组通力协作，攻克了一系列关键技术，包括自研费米斩波器、超大真空散射腔体等，终于在2023年1月12日成功在谱仪上输出中子。随后，谱仪进入带束调试阶段，并在年中初步获得了标准样品钒的声子谱和态密度。同年11月12日，谱仪正式揭牌，各模块的调试随即按下了加速键。最终，又经过两年多的调试，背景大幅降低，谱仪的各项指标均已达到国际领先水平。
高能非弹谱仪的验收不仅是一个项目的完结，更是新探索的开始。这个大国重器如同一位精密的“中子摄影师”，能够捕捉物质内部原子、磁基分布和细微的动态变换。在它的视野里，高温超导的奥秘、量子磁性的机理、新能源材料的本性将逐渐褪去神秘外衣，孕育出更多改变生活的技术创新。
为了更好利用这一创新平台，谱仪建设团队目前已启动了谱仪样品多场耦合加载分析模块的研制，该项目目前已获得国家重大科研仪器研制专项的支持。该项目的顺利推进将使高能非弹谱仪能在更多重大科学问题上发挥关键作用。
高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪（资料图）
微观世界的“超级相机”
在科技创新的历史长河中，仪器从来不单单是一台设备，更是开启未知世界大门的钥匙。2025年11月16日，我国首台高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪正式完成验收并交付使用。这台位于广东东莞由中山大学和散裂中子源科学中心联合研制建设的大型科研仪器，将以其独特的洞察力，带领我们走进前所未见的微观世界。
如果把常规的科学仪器比作人眼，那么高能非弹性中子散射飞行时间谱仪就是一台具备“超能力”的超级相机。它不仅能看清物质的静态结构，更具备探测物质内部原子、分子在皮秒（万亿分之一秒）时间尺度动态过程的能力，记录下原子、分子如何振动、如何旋转、如何传递能量的每一个瞬间。
这台谱仪的独特之处在于，它利用了中子不带电、穿透力强的特性，能够“深入虎穴”，直接探测到物质内部的微观运动。当中子与物质中的原子核发生“非弹性碰撞”时，中子会改变速度与方向，通过这些变化，科学家就能反推出物质内部的动态信息。
八年铸器，终成慧眼
从2017年中山大学与中国散裂中子源签署战略合作协议开始，这条仪器研发之路已走过八个春秋，建设过程中凝聚了数百位科研人员的心血与智慧。谱仪的建设过程充满了挑战。谱仪多个部件均为建设团队自研，包括多种类型中子斩波器、超大型真空散射腔、适用于中子散射的磁体样品环境、大面积高压氦三中子探测器等等。
2019年启动建设，2023年成功输出中子束流，再到如今各项指标全面达标，这条攻关之路见证了中国科研人员从跟跑到并跑，甚至在部分领域实现领跑，克服困难超越自我的奋斗历程。
洞察物质深处的奥秘
高能非弹性中子散射谱仪的科学价值，体现在它能够解决众多前沿科学问题。
例如，在高温超导研究领域，这台谱仪能够精确测量超导体中的自旋涨落，分析其与超导的关系，可测量超导材料的声子谱与态密度，揭示电子与声子耦合的强度，为揭示高温超导机理提供关键实验证据。
在能源材料领域，无论是锂电池中的离子迁移，还是氢能源中的储存与释放，都涉及原子、离子在材料中的扩散过程。谱仪可以实时跟踪这些微观粒子的运动轨迹，为设计更高性能的能源材料提供理论指导。
在生物医药领域，蛋白质等生物大分子的动力学行为决定了其生物功能。通过中子散射技术，科学家能够在更接近生理环境的条件下研究生物分子的运动，为新药研发开辟新的途径。
为了更好利用这一创新平台，谱仪建设团队目前已启动了谱仪样品多场耦合加载分析模块的研制，该项目目前已获得国家重大科研仪器研制专项的支持。相信该项目的顺利推进将使高能非弹谱仪能在更多重大科学问题上发挥关键作用。
创新平台，赋能未来
作为国家重大科技基础设施的重要成员，这台谱仪将成为服务全国科研界的重要平台。它的开放共享，将为物理、化学、材料、生物等多个基础学科的发展提供强大支撑。特别值得一提的是，该谱仪的建设模式本身就体现了创新——由高校投资，依托国家大科学装置进行建设。这种模式既发挥了高校在前沿科学问题上的敏锐性，又利用了大科学装置的平台优势，为我国后续大科学装置的建设提供了可借鉴的新范式。
随着验收交付，面向用户开放，这台谱仪即将开启它的科学探索之旅。在未来的岁月里，它将帮助科学家们揭示更多自然界的奥秘，为科技创新提供源头活水。在这个微观世界与宏观应用交汇的节点上，中国科学家正用自己的智慧和汗水，为人类的科学事业贡献着中国力量。
谱仪的建造历程告诉人们：在科学探索的道路上，重要的不仅是目的地，更是那些在攀登过程中所展现的创新勇气与协作精神。而这，或许正是这个时代“大国重器”最为深厚的价值所在。
文／广州日报新花城记者：林霞虹 通讯员：谢涛
图由通讯员提供
