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深藏东莞地下重器,能颠覆全球科技工业?欧美科学家排队申请使用

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国器 2021-09-28 18:45

在中国南方东莞的一个小山沟里,从2021年3月4日起,中科院高能所的科学家在地下十八米处、用一座超级装备运行100千瓦功率的质子束流、极其高效地打出了中子束流。

我们在小说三体中可以窥见,三体人智子干扰地球的基础科学,就是为了防止人类利用粒子对撞机搞出高能中子束武器,对撞机中的中子束拥有逆天的能量,可以轻松打穿混凝土和装甲。而东莞埋藏在地下十八米处的超级装备,就是全球四大散裂中子源之一、中国第一台散裂中子源。

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散裂中子源究竟是什么?为何能吸引全球最顶尖的科学家、国内外37个单位前来排队研究?我国投资近20个亿,到底值不值得?

中子是我们肉眼看不见的,但激发强中子束的散裂中子源却是异常庞大的装置,是一个国家高尖端设备的集合体。在此之前,全世界仅仅只有美国SNS、日本J-PARC、英国ISIS四座在运行的散裂中子源,中国跻身世界四强,意义十分重大,因为它将大幅度提升中国基础研究的水平,相当于给一个国家的科技工业打桩,治疗癌症、检测高铁飞机安全竟然也离不开它,受益的行业包括生命科学、化学化工、材料科学、新能源等等,而这可不是一般国家能造的。

深入了解散裂中子源前,我们先耐心听下原理,增加下我们的知识储备。初中时我们就学过物质是分子和原子构成的,而更往神秘微观世界里探索,原子又是由原子核和核外电子组成,而中子和质子便是原子核的构成粒子。

重头戏来了,散裂中子源就是用散裂的方式将中子“分离”出来。怎么分呢?这个过程就像打台球,通俗说就是将质子加速到高能状态,然后用来轰击钨、汞这些重金属,将他们的原子核击碎,中子就从裂变的原子核中横空出世了。

那我们关键问题来了,我们怎么将裂变产生的中子用于杀死癌细胞呢?

在癌症治疗手段中,有一种名为“硼中子俘获”的治疗法,首先是给患癌者打一针含硼的药物,这种硼会与癌细胞紧密结合,潜伏在癌细胞内,然后利用加速器产生超热中子束照射肿瘤位置,中子也会进入癌细胞内,并释放出极具杀伤力的射线干掉癌细胞。有人或许会有疑问,射线会不会误伤周围正常体细胞呢?答案是不会,因为中子产生射线的射程很短,仅仅有一个癌细胞的长度。

我国癌症治疗的科学仪器大多数从德国、日本进口,一台的售价动辄成百上千万,我们普通人患癌更是治不起。2020年8月中科院高能物理研究所东莞分部,成功研制出“加速器硼中子俘获治疗实验装置”,而该项装置正是借助了中国散裂中子源,而当时预计四年后就可以进行临床使用,这个必须要赞啊!

散裂中子源还有一个超级重要的应用,就是用来检测飞机、高铁的零部件安全性。1998年6月,德国一辆城际快车意外冲出轨道,检测人员始终弄不清楚原因,最终他们用英国的散裂中子源检测,发现了老化的车轮中有着内部裂痕。如果当初散裂中子源检测技术被广泛应用的话,就不会有那种事故发生了。

因为不论是高铁的轮轨还是涡轮发动机的风扇,都存在“应力”,这种力就是零部件受外力挤压时,内部产生的相互作用力,看不出摸不透,而散裂中子源就能测量研究内部的应力,优化加工工艺。

中国散裂中子源是于2011年开建,耗时6.5年,主要是由两台加速器、一个靶站、三台供中子散射实验的中子谱仪组成。它的作用并不是具体的,而是基础科学和新材料研发的科研实验平台,它的功能就像一台超级显微镜,比如当你想研发一台癌症仪器时,就可以用中国散裂中子源进行各项实验,观察,中子所在的微观世界。

由于全世界仅有中美英日搞出了散裂中子源,所以散裂中子源的资源极其短缺,所以各国间的中子源基本可以共用。以前我们没搞出的时候,只能申请借用国外的设备,而往往就是一大堆人排着队,一等就是几个月,很耽误实验。

现在我们有了自己的散裂中子源,也轮到人家前来排队,有人或许会问,我们自己辛辛苦苦搞出来的设备,为什么要给人家用?因为微观世界的基础科学理论,是全球共同努力的方向,国外科学家来我国做实验,我们也能得到分享的数据等等。

目前我国散裂中子源发射的中子密度不如国外,但我们毕竟只是一期工程,未来还有升级的计划,赶超其他国家的散裂中子源不是问题,我们先解决有无的问题,接下来才是考虑引领,期待这台底下十八米处的超级显微镜,在未来能带给我们更多的奇迹!

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