要不要收钱?我国斥资10亿先进研究堆,面向全球开放!它能干嘛?

钟铭聊科学 2023-04-02 22:48:42

我国耗资10亿人民币建造的先进研究堆面向全世界开放啦!

消息传出之后,中核集团的先进研究堆实验平台已经收到了40多个申请,内容涉及航空航天,材料,石油等科技前沿领域。

可能很多人并不了解,为啥我国要建造先进研究堆?好不容易斥巨资建好了,为啥还要提供给国外使用?国外用我国实验平台做实验,是免费的吗?

先进研究堆:助力中国科技腾飞

现在有一个问题,请你思考一下:

高铁车轮是影响高铁安全的重要因素之一,但凡高铁车轮内部出现细小的裂缝,都可能会酿成高铁出轨事故,1998年德国高铁出轨,检查结果就是其中一个高铁车轮出现金属疲劳,导致101人死亡,105人受伤。

如果是你的话,你想要看一下一个跑了10万公里的高铁车轮是否出现金属疲劳,应该怎么做?

X射线?

它确实能对金属做检查,但它的穿透深度是有限的,这一点你应该有所察觉,因为机场安检的时候,工作人员总会让你把电脑拿出来单独检查,就是因为X射线的穿透力不够。想要用X射线检查高铁车轮是否出现老化,就需要用激光把车轮切割成小于1微米的薄片,这个难度只存在理论上,实际根本无法操作,而且操作之后这个车轮也不能用了。

其实,目前有一种方法可以监测高铁车轮内部是否出现应力疲劳,还不用破坏原有结构,探测之后高车轮还能继续使用,这就是中子散射。

中子散射就是利用中子,去探测微观世界的结构和状态。

金属内部的原子排列都是有序的,只需要将中子束打上去,它就会在特定角度出射,出射的角度如果符合理论数据,那么内部就没有出现应力疲劳。

如果出射角度偏小了,说明里面的原子间距偏大了,这里面有拉应力;如果出射角度偏大了,说明里面的原子间距变小了,这里面有压应力。

也就是说,中子散射相当于给高铁车轮做了一次“体检”,体检之后高铁车轮还能继续使用,非常方便。

文物修复也离不开中子散射,过去咱们遇到塑像,只能欣赏它的表面,但它到底是怎么制造的,内部结构是什么样也不知道,总不能把雕像砸掉看看内部结构吧!

中子散射就可以帮助文物修复,比如:咱们用中子散射查看一尊南北朝时期的佛像发现,内部有一个木棍,整个雕像都是由它做基座雕塑而来。但是用X射线就看不到内部结构,原因是x射线会跟物质里的电子发生作用,而金属元素核外电子非常多。

(用X射线和中子成像拍摄的雕塑区别)

中子不带电,它可以直接和原子核发生作用,所以它的穿透力非常强,而且它对生命体比如:碳、氢、氧等元素更敏感,所以能对雕像里面的木头结构成像。

北京大学考古团队在修复一个汉代的席镇(汉代习惯用席子,席镇可以固定席子)时,遇到了一个难题,席镇被含铜的腐蚀物覆盖了,看不出它原本的样子,如果不知道它原本的样子,那在操作过程中可能会破坏文物。

使用中子成像就可以很好的看到内部结构,而且还能看到用了一些胶结材料把它有效固定,这对后期文物修复来说至关重要。

除此之外,“南海一号”沉船上的铁器,陶瓷碎片也使用先进研究堆进行中子成像,在后期研究和复原过程中,能更好的修复文物,展现文物原本的样子。

中子还可以了解蛋白质的结构和功能,帮助研发新药以及生命起源。

中子射线还能够看清粉末状的电池材料内部的原子分布,帮助改善钠离子电池的续航和快充性能。

中子散射作用如此大,涵盖领域非常广,用途非常多,而中子散射使用到的平台就是先进研究堆。

面向全世界开放

想要使用中子成像,首先要获得中子,目前获得中子的主要途径是反应堆。

铀235在核裂变的时候,会释放2-3个中子,新产生的中子,可以继续诱发核裂变,就这样形成裂变的链式反应。

科学家让新产生的中子中,其中1个继续诱发核裂变,其余的中子就可以收集起来做研究了。

但是这些中子不能直接使用,因为能量太大了,需要对中子慢化,

中子慢化的材料有两种,一种是重水,一种是碳,中子会和原子核碰撞,把能量降低,这些慢化后的中子,就可以用来做中子散射研究。

因为不是所有的国家都能造先进研究堆,我国也是投资了10亿人民币建造了这个高中子通量的先进研究堆,同时又在反应堆上投资了5亿多人民币,建成了15台先进中子谱仪,它的主要技术指标中子通量(中子通量越大,检测速度越快,检验物品也看得更清楚)亚洲第一,世界第三。

过去我国只对部分科研院所和大学进行有限开放,但现在面向全世界开放,这意味着一些小国也可以用我国的科研设备来研究发展难题。

为啥咱们要面向世界开放呢?

一方面是我们的设备运行时间越来越长,今年主要目标是运行100天以上,在2024年争取运行200-250天,这意味着该设备除了能满足我国需求之外,也能承接国际需求。

另一方面,我国科技积极拥抱世界,合作共享,无论是FAST天眼,还是中国空间站,都愿意和国外合作,共同进步。

有些网友比较关心会不会是免费开放,这一点曾经有专家介绍说:国内大部分使用是免费的,但是你要解决国家重大的安全问题,比如:华龙一号等项目。

面向国外究竟是不是免费的,我还没有查到资料,但是我觉得吧,如果是特别先进或者重大的项目,可能会免费;如果只是普通的商业项目,可能会收费。总的来说,不管收不收费,我们都不会亏本。

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钟铭聊科学

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