我們生活在一個(gè)豐富多彩的世界里，通過眼睛、耳朵和鼻子來感知周圍的事物，但是所能感知到的遠(yuǎn)不是世界的全部， 這是由于我們的眼睛僅僅能夠感知波長(zhǎng)在390至750納米間的“可見光”，觀察到的最小距離只有約0.1毫米。對(duì)于更小的物質(zhì)，我們必須借助一些工具或手段才能觀測(cè)到，例如美麗的花蕊斷面和可怕的新型冠狀病毒。今天，小編就為大家介紹探尋微觀世界的好幫手——中子散射技術(shù)。
花蕊縱斷面 新型冠狀病毒 對(duì)于中子散射技術(shù)我們首先要搞清楚兩個(gè)關(guān)鍵，就是中子和散射啦?。◤U話）首先簡(jiǎn)要說明一下中子。1920年新西蘭著名物理學(xué)家盧瑟福預(yù)言了原子核里除了質(zhì)子外還有某種粒子存在，他給這種粒子取名為中子。12年之后，盧瑟福的學(xué)生查德威克用試驗(yàn)證明了中子的存在，并因此榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這種不帶電的微粒——中子也被譽(yù)為打開了原子能時(shí)代的金鑰匙。而散射在我們的生活中無處不在，例如，晚上打開手電筒，發(fā)現(xiàn)有一束光射出，但那并非光的本身，我們看到的是光與空氣中的顆粒發(fā)生碰撞散射到人的眼睛形成的，舞臺(tái)上炫彩的燈光秀也是同樣的道理，可以說，人眼能夠看到不同的事物跟散射息息相關(guān)。 舞臺(tái)燈光秀 而將這兩者結(jié)合起來的中子散射技術(shù)就是利用反應(yīng)堆或加速器產(chǎn)生的中子與物質(zhì)發(fā)生相互作用，研究物質(zhì)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)的微觀動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的方法。它能夠告訴我們物質(zhì)或者材料中的原子在哪里，還有它們?cè)谧鍪裁础?/p> 講了這么多，那么中子散射技術(shù)到底有哪些應(yīng)用呢？ 在生物領(lǐng)域，科學(xué)家利用中子不帶電，在散射過程中不會(huì)產(chǎn)生電離作用的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DNA的無損測(cè)量，使我們能夠更加清楚地認(rèn)識(shí)DNA 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這對(duì)于了解整個(gè)自然界和人類自身有著很重要的意義。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)圖 在工業(yè)領(lǐng)域中，很多焊接件都是由金屬制成，利用中子散射技術(shù)就可以分析焊接金屬深層的應(yīng)力情況。例如，科學(xué)家利用該技術(shù)分析飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片與渦輪的焊接應(yīng)力，對(duì)焊接工藝進(jìn)行指導(dǎo)，大幅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件研究 在能源領(lǐng)域，鋰離子電池是目前我們最常用的充電電池，手機(jī)、筆記本電腦使用的大都是這種電池。利用中子照相技術(shù)開展鋰離子電池的研究，可以清楚地找到鋰離子的位置，測(cè)量鋰的濃度，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電解質(zhì)在充放電過程中內(nèi)部鋰離子的濃度變化等，通過這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家能不斷對(duì)鋰離子電池進(jìn)行改進(jìn)，做到高安全性、長(zhǎng)壽命和低成本。 商業(yè)鋰離子電池的中子成像 當(dāng)然，中子散射技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些。中子穿透能力強(qiáng)，可以很好地開展文物的材料結(jié)構(gòu)、成分、年代、產(chǎn)地等性質(zhì)研究，為考古領(lǐng)域提供新的強(qiáng)有力的研究手段；在醫(yī)學(xué)與健康領(lǐng)域，通過中子散射技術(shù)，科學(xué)家研究植入物涂層的結(jié)構(gòu)和性能，使植入失敗事例的數(shù)目有效減少；利用中子散射技術(shù)研究南極化石則可以幫助我們了解地球環(huán)境與氣候的變化情況…… 總而言之，中子發(fā)現(xiàn)至今已將近100年，其作為微觀領(lǐng)域的探索工具，已經(jīng)開始融入科學(xué)研究和人類生活的方方面面。中子散射技術(shù)作為一種特殊的探測(cè)分析技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民生活中發(fā)揮著重要的作用。正因?yàn)橹凶由⑸浼夹g(shù)用處越來越廣泛，很多國(guó)家都在積極建設(shè)能夠產(chǎn)生中子的加速器裝置，2018年8 月，我國(guó)散裂中子源項(xiàng)目順利通過國(guó)家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行，相信未來隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，物質(zhì)微觀領(lǐng)域的秘密會(huì)逐漸展露在世人面前。
來源：中國(guó)核工業(yè)科技館
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