《打开宇宙之门》第六集：超级探针 材料结构的微观世界→2025年6月25日

  由中国科协科学技术传播中心出品，中央广播电视总台影视剧纪录片中心等单位联合制作播出的系列科学纪录片《打开宇宙之门》近期在CCTV-9上映。本片聚焦一系列我国自主研发的大科学装置，对我国重大科技基础设施进行了科学解读，展示了我国重大科技基础设施建设所取得的成就及这些超级装备所孕育的重要科研成果。

  使用电子显微镜，我们可以很轻松地看到细胞或病毒等的表面结构，但如果想要了解物质内部原子和分子尺度的结构，我们还需要新的超级显微镜。

  广东省东莞市松山湖，这片依山而建的白色建筑群，就是中国散裂中子源。这是一座探索微观结构的超级大科学装置，在这里用来观察微观世界的工具就是中子。

  中子，体积小、质量大、不带电，因而可以轻松穿透物体而不会产生破坏。当它穿过被研究的样品时，可以不受阻碍地靠近样品原子核，发生碰撞并散开。

  假如有一张我们看不见的网，如果我们不断地向它扔出小球，有的球会穿网而过，有的则会被网绳弹射回来，我们就可以通过计算分析每个小球的轨迹，还原这张网的结构。

  同样，通过分析中子穿过样品时发生散射的轨迹，科学家可以重建样品分子和原子的位置关系，并通过计算中子散射时速度和能量变化，反推物质的微观运动。因此，中子就成为探测微观世界的超级探针。

  中国科学院高能物理研究所副所长王生：“利用中子做探针的话，就要首先产生高通量的中子，散裂中子源就是用来产生高通量的中子，并且利用中子来开展物质结构的研究。”

  每个中高能的质子轰击钨靶时，可以释放20至40个可用的中子。被轰击出来的中子产生的中子束流，即将进入下游的谱仪，开始发挥自己强大的观察微观世界的能力。

  谱仪，其实就是科学家们使用中子来观察样品结构的实验站。这些不同颜色的巨型腔体就是谱仪，每种颜色代表一条谱仪，每条谱仪就是一台超级显微镜，不同的谱仪可以进行不同的实验，可以是化学的，物理的，或者是材料科学的，等等。

  中国科学院高能物理研究所东莞研究部中子科学部副主任殷雯：“通过这个峰它的晶格间距，你就可以去修结构。”

  研究人员通过分析这些数据，可以知道锂电池材料的微观结构，也就是电池材料里面原子是如何排列的，建立这些原子排列信息和电池性能的关系，进而提升电池的充电性能。

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