中国散裂中子源二期工程将建设一个缪子实验终端，这也将是国内首个缪子实验平台。

缪子是粒子物理标准模型中基本粒子中的一种，性质独特且应用广泛。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。同散裂中子源类似，缪子源也是利用强流质子束打靶产生缪子束。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。

中国散裂中子源将4%的质子束流引出来，去打另一个固定靶，以产生缪子。 

缪子和中子都是探测微观世界的理想探针，两者各具特色，可以互补。缪子源建成后，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。

缪子（muon，μ）是粒子物理标准模型中的第2代轻子，其半衰期为2.2μs，质量为105.7 MeV/c2（约为电子的207倍），带1个负电荷（μ−，负缪子）或者1个正电荷（μ+，正缪子）。为了获得高强度的缪子束流，需要基于粒子加速器。加速器缪子源的基本原理是：高能质子束轰击靶获得π介子（π0/π+/π−），π±介子在很短的时间内（约26 ns）衰变产生μ±。单（双）π产生的质子阈能为280 MeV（600 MeV）。

根据π介子衰变的位置的不同，产生的缪子束流可以分为3类：表面缪子（Surface muon，只有带正电荷的μ+），衰变缪子（Decay muon，可以是μ+，也可以是μ−）和云缪子（Cloud muon，可以是μ+，也可以是μ−），如图1所示。

• 表面缪子是指停在靶表面附近的π+介子衰变产生的缪子。因为在靶里停止的π−介子在衰变之前大部分都与靶原子核发生核俘获反应，所以表面缪子几乎没有μ−。
• 云缪子是指π±介子在飞出靶不远且还没经过π动量筛选即衰变产生的缪子。由于这类缪子的产生空间分布类似云状，所以称为云缪子。
• 衰变缪子是指从靶里面飞出来的π±介子经过动量筛选后在传输途中衰变产生的缪子。由于飞出来的π介子有π+和π−，所以产生的衰变缪子可以是μ+或μ−。

如图2所示，由于朝后衰变的缪子的动量与π介子的动量相差较大，因此可以通过最后一个动量筛选器来选出纯度较高的缪子束流。

图1 （a）表面缪子、（b）云缪子、（c）衰变缪子的产生示意图，其中橙色阴影区域代表缪子产生的区域

图2 衰变缪子动量（纵轴）与π介子动量（横轴）的关系。其中，灰色阴影区域代表缪子动量范围，黑色虚线代表缪子动量等于π介子动量，红色虚线代表衰变缪子的最小动量（朝正后方衰变），蓝色虚线代表衰变缪子的最大动量（朝正前方衰变）

目前，国际上的缪子源分布如图3所示。CSNS-II将建设国内首台缪子实验终端（Muon station for sciEnce technoLOgy and inDustrY, MELODY），有望成为世界第3台以多学科研究为主的脉冲型缪子源。MELODY一期工程将为用户提供高自旋极化率的4 MeV表面缪子束，利用μSR技术开展材料磁性方面的研究。MELODY未来还规划建设衰变缪子束线以及专用的负云缪子束线，开展Bulk μSR、缪子X射线分析、缪子单粒子效应等研究。

图3 国际上正在运行的、建设中的和拟建的缪子源（2024年）