深藏地下的大國重器,可以解決世界級科技難題,究竟有何過人之處

深藏在地下的大國重器散裂中子源,是中國手上可以解決世界級別科學(xué)難題的超級武器,圈個(gè)有用:散裂中子源,是指使用高能質(zhì)子加速器轟擊靶標(biāo)制造的中子源,那么,這個(gè)名為散裂中子源的設(shè)備究竟有何過人之處,值得中國對其如此重視呢?

散裂中子源,顧名思義,這一設(shè)備最重要的工作就是制造中子束流,但中子束流并不是這么容易被生產(chǎn)出來的,作為一種中性粒子,中子并不能被任何一種加速器所加速,這意味著對于任何一個(gè)研究所而言,想要定向狀態(tài)下處于高速運(yùn)動的中子,需要他們自己預(yù)先付出巨大的代價(jià),只是,盡管高速中子束的制造難度非常高昂,但作為一種與同步輻射發(fā)生器進(jìn)行互補(bǔ),有效觀測物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的超級裝備,散裂中子源的建成,將會對中國對微觀世界的認(rèn)知提供巨大的幫助。

由于中子自身的電中性特質(zhì),這種粒子并不會與原子的電子云產(chǎn)生反應(yīng),只有當(dāng)它在即將擊中原子核的時(shí)候,才會因?yàn)樵雍俗陨淼拇啪匕l(fā)生反應(yīng),從而產(chǎn)生散射或者規(guī)避,因此,只要對通過標(biāo)靶材料的中子束進(jìn)行測量,確定導(dǎo)致其產(chǎn)生散射的結(jié)構(gòu),就能夠推算出被中子束照射的目標(biāo)分子自身的形狀,倘若中子束的數(shù)量夠多,其強(qiáng)度也達(dá)到一定的程度,那么,根據(jù)中子被原子核散射或者擾動的強(qiáng)度,甚至連這些分子的完整結(jié)構(gòu),都可以被推算出來。
在散裂中子源誕生之前,科學(xué)家們?nèi)绻胍獙δ承悠愤M(jìn)行中子散射分析,必須借助于某些專用型核反應(yīng)堆的幫助才能做到:因?yàn)楫?dāng)時(shí)也只有核反應(yīng)堆,才能為科學(xué)家們提供充足的中子,但核反應(yīng)堆在制造中子的同時(shí),也會產(chǎn)生大量的熱量,這導(dǎo)致了反應(yīng)堆的工作溫度一直都維持在了100℃或者以上,這對于像是蛋白質(zhì)這類在55℃左右就會變形損毀的樣品來說,是致命的,倘若科學(xué)家們需要分析該類樣品,則必須讓反應(yīng)堆散熱系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行,而且,核反應(yīng)堆固然能夠連續(xù)不斷的為科學(xué)家們提供中子,但它產(chǎn)生的中子,功率和方向都是不固定的,倘若科學(xué)家們想要得到方向固定的中子束源,那就必須在核反應(yīng)堆的堆芯開口子,從而對反應(yīng)堆的運(yùn)作構(gòu)成致命的威脅。

因此,基于高能加速器和中子產(chǎn)生標(biāo)靶的裂散中子源,才會成為科學(xué)家們對微觀世界最新的研究利器:相比于持續(xù)不斷發(fā)射中子的核反應(yīng)堆而言,裂散中子源產(chǎn)生的中子束是脈沖式的,而且批次和強(qiáng)度均可控,這意味著科學(xué)家能夠借助中子脈沖的間歇期更換感應(yīng)標(biāo)靶,讀取圖像,并根據(jù)當(dāng)前掃描的結(jié)果決定下一次發(fā)射中子的強(qiáng)度的數(shù)量,其次,裂散中子源的標(biāo)靶區(qū)溫度可調(diào),對樣品的友好程度實(shí)際上非常高,也同樣能接受小批量樣品的多次檢測作業(yè),而最后一點(diǎn),也是最為重要的一點(diǎn)就是啟用裂散中子源時(shí)無需在反應(yīng)堆安全殼和堆芯上打洞,裂散中子源也不會像是核反應(yīng)堆那樣一旦斷電就會立刻進(jìn)入緊急狀態(tài),其安全性能可比核反應(yīng)堆中子源要高得多了。
難怪中國會對散裂中子源的建造如此重視,因?yàn)檫@一設(shè)備,能為中國提供的好處實(shí)在是太多了。