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深藏地下的大国重器,可以解决世界级科技难题,究竟有何过人之处

2022-01-06 22:51 作者:楠竹一  | 我要投稿


图为中国散裂中子源建筑想象图

深藏在地下的大国重器散裂中子源,是中国手上可以解决世界级别科学难题的超级武器,圈个有用:散裂中子源,是指使用高能质子加速器轰击靶标制造的中子源,那么,这个名为散裂中子源的设备究竟有何过人之处,值得中国对其如此重视呢?

图为中国散裂中子源

散裂中子源,顾名思义,这一设备最重要的工作就是制造中子束流,但中子束流并不是这么容易被生产出来的,作为一种中性粒子,中子并不能被任何一种加速器所加速,这意味着对于任何一个研究所而言,想要定向状态下处于高速运动的中子,需要他们自己预先付出巨大的代价,只是,尽管高速中子束的制造难度非常高昂,但作为一种与同步辐射发生器进行互补,有效观测物质分子结构的超级装备,散裂中子源的建成,将会对中国对微观世界的认知提供巨大的帮助。

图为中国散裂中子源的加速器

由于中子自身的电中性特质,这种粒子并不会与原子的电子云产生反应,只有当它在即将击中原子核的时候,才会因为原子核自身的磁矩发生反应,从而产生散射或者规避,因此,只要对通过标靶材料的中子束进行测量,确定导致其产生散射的结构,就能够推算出被中子束照射的目标分子自身的形状,倘若中子束的数量够多,其强度也达到一定的程度,那么,根据中子被原子核散射或者扰动的强度,甚至连这些分子的完整结构,都可以被推算出来。

在散裂中子源诞生之前,科学家们如果想要对某些样品进行中子散射分析,必须借助于某些专用型核反应堆的帮助才能做到:因为当时也只有核反应堆,才能为科学家们提供充足的中子,但核反应堆在制造中子的同时,也会产生大量的热量,这导致了反应堆的工作温度一直都维持在了100℃或者以上,这对于像是蛋白质这类在55℃左右就会变形损毁的样品来说,是致命的,倘若科学家们需要分析该类样品,则必须让反应堆散热系统超负荷运行,而且,核反应堆固然能够连续不断的为科学家们提供中子,但它产生的中子,功率和方向都是不固定的,倘若科学家们想要得到方向固定的中子束源,那就必须在核反应堆的堆芯开口子,从而对反应堆的运作构成致命的威胁。

图为中国散裂中子源的标靶区

因此,基于高能加速器和中子产生标靶的裂散中子源,才会成为科学家们对微观世界最新的研究利器:相比于持续不断发射中子的核反应堆而言,裂散中子源产生的中子束是脉冲式的,而且批次和强度均可控,这意味着科学家能够借助中子脉冲的间歇期更换感应标靶,读取图像,并根据当前扫描的结果决定下一次发射中子的强度的数量,其次,裂散中子源的标靶区温度可调,对样品的友好程度实际上非常高,也同样能接受小批量样品的多次检测作业,而最后一点,也是最为重要的一点就是启用裂散中子源时无需在反应堆安全壳和堆芯上打洞,裂散中子源也不会像是核反应堆那样一旦断电就会立刻进入紧急状态,其安全性能可比核反应堆中子源要高得多了。

难怪中国会对散裂中子源的建造如此重视,因为这一设备,能为中国提供的好处实在是太多了。



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