中国第一个，国际第五个！中国散裂中子源缪子源实验站（MELODY）将在东莞启动建设，目前已经完成初步设计，预计5年9个月内完成建设。

11月4日至6日，我国首个缪子源——中国散裂中子源缪子源实验站（MELODY）第一届缪子应用研讨会在东莞召开，来自全球的知名专家进行了深入研讨。 

 中国第一个、国际第五个

“有了国家基金的支持，东莞将建起中国第一个、国际第五个缪子源装置，这对全球的缪子研究具有非常重要的意义。”作为业内权威专家，日本大阪大学教授、中国科学技术大学客座教授久野良孝期待MELODY在国际缪子学科研究中作出更大的贡献。

记者了解到，我国过去因为缺少缪子源所依赖的高功率质子加速器，没有条件建设缪子源，利用缪子束作为实验平台或探针的很多研究工作无法在国内开展。随着中国散裂中子源二期工程进入筹建阶段，缪子源（MELODY）被明确纳入建设内容。 

预计在5年9个月内完成建设

今年以来，MELODY已经完成初步设计，预计在5年9个月内完成建设。届时，作为中国散裂中子源中子散射平台的重要补充组成部分，该实验站将开展物质磁性和动力学研究，缪子原子X射线元素分析和成像、缪束成像、缪束辐照效应等也能很快地开展。

中国科学院高能物理研究所特聘青年研究员鲍煜说，缪子源装置将发展更多技术，建设成高水平科研平台，并为多学科应用提供强有力的研究手段。

中国散裂中子源位于东莞松山湖科学城。

中国散裂中子源二期工程组成部分

中国散裂中子源位于东莞松山湖科学城，是粤港澳大湾区首个国家重大科技基础设施，也是我国首台、世界第四台脉冲式散裂中子源，被誉为研究物质微观结构的“超级显微镜”。2018年建成投用以来，中国散裂中子源已完成10轮运行，注册用户超5000人，完成课题1000余项，在材料科学、生命科学、新能源等领域取得了多项重要成果。

目前，中国散裂中子源二期工程可行性研究报告已经获得国家发展改革委批复。项目建成后，装置综合性能将达到国际先进水平，对高水平科技自立自强作出更多贡献。

作为中国散裂中子源二期工程中的重要组成部分，MELODY建成后，将在凝聚态物理、磁性材料、新能源材料、超导材料等领域发挥重要作用。

作为中国首个缪子源，MELODY的建设将为我国提供一种新的粒子源研究平台，助力大湾区综合性国家科学中心建设。  

宇宙中的缪子产生过程。

【缪子特性】

缪子可穿透几公里致密地层

缪子是粒子物理标准模型中基本粒子中的一种。

缪子比较重，产生起来比较困难，放射性衰变、核裂变、核聚变都无法产生缪子。自然界天然存在缪子，是由宇宙射线与大气分子相撞产生的。宇宙中充斥着高能宇宙射线，它们抵达地球外层大气时会与大气分子发生碰撞，生成派介子，派介子再衰变成缪子和中微子。地球表面每平方米的范围内每秒会落下200个宇宙线缪子。

缪子性质和电子相似，带电荷，但质量是电子的两百倍。因为质量大、惯性大，它在物质中不容易转向，因此辐射造成的能量损失比电子小，穿透比电子深得多。此外，由高速碰撞产生的缪子本身也带着巨大的动能，以高速冲向地面。高速度、高质量使得缪子拥有"高段位"的"穿墙术"，可穿透几公里的致密地层。

四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室，其岩层厚度约2700米，在那里仍然可以探测到来自宇宙射线的缪子。

人造缪子需要重大装备才能产生

缪子不像电子、光子那样容易产生，人造缪子需要重大装备才能产生。缪子易产生且性质独特，高性能的缪子源是国际上综合性科学研究的重要实验平台。

缪子也可以用加速器产生，将质子在巨大的加速器中加速，轰击靶标，产生缪子。这样的加速器更像是基础建设设施，而不是可移动的设备，并且非常庞大和昂贵。

如果能够把质子加速器小型化，使其可移动，才有可能制造出类似于CT(电子计算机断层扫描)设备对山或大型建筑成像。 

【应用广泛】

在磁性材料和超导方面应用前景广泛

“在应用方面，缪子能与中子互补，在新能源电池研发、文物考古等方面具备明显的优势。”中国科学院高能物理研究所特聘青年研究员鲍煜介绍，如从月球取回来的样品，缪子可以在不破坏结构土壤样品的情况下探测到碳、氧等重要生命元素；对于新能源电池则能微观显示充放电的过程；具有极强穿透能力的缪子还可以实现大型目标物的无接触、深穿透和无损成像。

中国科学院高能物理研究所副研究员李强说，缪子对磁性材料非常敏感，在材料科学方面，缪子可以用来研究样品在介观尺度（指介于宏观和微观之间的尺度）的磁性质和电子性质，在磁性材料和超导方面有广泛的应用前景。 

对大型物质进行辐射成像 

缪子的强穿透能力使它可以穿透很厚的屏蔽层从而用于对重元素材料的检测。

近年来缪子成像技术得到了关注和研究，即利用缪子穿过原子质量不同的物质时具有不同的散射角原理，对大型物质进行辐射成像。

这种新型的检测方法应用于核安全领域，能够有效探测到封装良好的核材料，如铀-235、钚-239 等。 

缪子探测技术追踪印迹

和其他粒子比较起来，缪子的穿透能力很强，可以穿透上千米的岩石，因此可以对体积大的、难以穿透的东西成像，而电子、光子等粒子是不可能穿透这些物质的。

科学家们利用缪子探测技术在最大的埃及金字塔胡夫金字塔中发现此前未知的巨大空室。此外，缪子还可以用在火山内部、废弃核电厂的内部构造等探测上。

当缪子经过物质时，不同密度的物质对缪子的吸收能力不同，最终达到探测器的缪子数量就不同，通过不同方向测到的缪子数量，可以反推缪子走过的路是怎么样的。缪子成像原理认为，就好像一路全速前进的特种兵，在翻阅沟壑、趟过密林、顺流而下的不同行进路线之后，状态也是不一样的。

好在缪子属于"重型装甲兵"，可以穿过很多层探测器，其主要的能量损失方式是电离，而不是像光子那样整个消失。因此可以把缪子穿过每层探测器时留下的脚印串起来，看到清楚的径迹，基本不需要去噪技术。

整合：易福红 实习生谢晨

文/图 来源：中国科学院高能物理研究所网站 新华社 南方+等

编辑：易福红

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易福红

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