核能是20世紀人類最偉大的成就之一。 中子被稱為核能系統的“靈魂”， 是反應堆中核反應的觸發粒子和能量載體， 也是產生核熱能和引發放射性的源頭。 中子源是產生、研究、利用中子的必備科學裝置， 也是開展中子物理與輻射安全、先進核能系統關鍵技術及核技術交叉應用等研究的重要實驗平臺。
日前， 中科院核能安全技術研究所FDS鳳麟核能團隊的科研人員， 在中子輸運物理與技術方面取得突破性創新研究成果。 該團隊研發出強流氘氚中子源實驗裝置HINEG， 其中子源強度創現行同類裝置中的世界第一。
超強中子靶， 承受的熱流密度是太陽表面的3倍
“中子靶是HINEG的核心系統之一， 強流離子加速器產生的高功率氘離子束轟擊含有氚的中子靶， 在靶上發生氘氚聚變反應產生中子。 ”中科院核能安全技術研究所所長、FDS鳳麟核能團隊創建人吳宜燦研究員告訴科技日報記者。 為了產生強流的中子束， 靶需要承受高功率離子束的轟擊， 從而帶來靶上高強熱流散出的難題。
“HINEG中子靶承受的熱流密度是太陽表面熱流密度的3倍。 如果散熱問題解決不好， 靶溫度迅速升高， 其內含有的氚會快速釋放， 就無法實現中子的持續穩定產生。 靶溫升高過快時， 甚至會出現瞬間被熔穿燒毀的情形。
針對中子靶的高效散熱難題， FDS鳳麟核能團隊發明了陣列射流耦合強剪切場的高效散熱技術， 並通過反復驗證測試， 成功實現了高效散熱， 將靶的溫度控制在200℃以內。
不帶電的中子也能做到精准調控
氘氚聚變反應產生14兆電伏（MeV）的單能中子， 為類比再現先進核能系統的複雜中子能譜環境， 需要對產生的單能中子進行精確調控以便開展各類實驗研究， 這無疑是另一項嚴峻挑戰。
“我們知道， 電子、質子是帶電粒子， 可以利用電場或磁場對這些帶電粒子進行控制， 但中子是不帶電的， 無法用電磁場對其進行調控， 不過可以通過中子與特定材料中原子核的反應過程來進行調控， 這就需要精確的理論方法與實驗技術來實現。
FDS鳳麟核能團隊以中子輸運理論研究成果為基礎， 發明了中子輸運精准調控關鍵技術， 實現了先進核能系統的複雜中子能譜環境的準確再現， 對先進核能系統研究具有重要意義。
核能及核技術交叉應用研究的重要平臺
與傳統核反應爐相比， 先進核能系統可極大提高資源利用率， 並降低核廢料的產生。 HINEG可以真實再現多種類型先進核能系統的複雜中子能譜環境， 開展理論與程式驗證、核資料測量與驗證、反應堆部件核性能驗證等實驗研究。
中子照相是一種檢測物質內部微細結構的“顯微探測”技術， 它利用中子在不同物質中穿透能力的差異來洞察物體內部結構，
中子治癌是目前正在快速發展的癌症治療方法， 該方法是一種身具固有安全性的生物靶向放射治療模式， 對患者正常組織損傷小， 可有效提高患者的生命品質， 開創了人類攻克惡性腫瘤的新途徑。 有國際著名專家表示， 在癌症領域， 20世紀可以說是X射線的世紀， 而21世紀將是中子治療的世紀。 HINEG可作為中子治癌技術研究的重要平臺， 可促進我國在中子治癌領域的發展。