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核能知识
探寻微观世界的好帮手——中子散射技术
时间:2020年05月16日 来源:太阳集团app下载科技馆 点击量:930 分享:

        我们生活在一个丰富多彩的世界里,通过眼睛、耳朵和鼻子来感知周围的事物,但是所能感知到的远不是世界的全部, 这是由于我们的眼睛仅仅能够感知波长在390至750纳米间的“可见光”,观察到的最小距离只有约0.1毫米。对于更小的物质,我们必须借助一些工具或手段才能观测到,例如美丽的花蕊断面和可怕的新型冠状病毒。今天,小编就为大家介绍探寻微观世界的好帮手——中子散射技术。



花蕊纵断面

新型冠状病毒

        对于中子散射技术我们首先要搞清楚两个关键,就是中子和散射啦!(废话)首先简要说明一下中子。1920年新西兰著名物理学家卢瑟福预言了原子核里除了质子外还有某种粒子存在,他给这种粒子取名为中子。12年之后,卢瑟福的学生查德威克用试验证明了中子的存在,并因此荣获了诺贝尔物理学奖,这种不带电的微粒——中子也被誉为打开了原子能时代的金钥匙。而散射在我们的生活中无处不在,例如,晚上打开手电筒,发现有一束光射出,但那并非光的本身,我们看到的是光与空气中的颗粒发生碰撞散射到人的眼睛形成的,舞台上炫彩的灯光秀也是同样的道理,可以说,人眼能够看到不同的事物跟散射息息相关。

舞台灯光秀

        而将这两者结合起来的中子散射技术就是利用反应堆或加速器产生的中子与物质发生相互作用,研究物质的静态结构及物质的微观动力学性质的方法。它能够告诉我们物质或者材料中的原子在哪里,还有它们在做什么。


        讲了这么多,那么中子散射技术到底有哪些应用呢?


        在生物领域,科学家利用中子不带电,在散射过程中不会产生电离作用的特点,能够实现对DNA的无损测量,使我们能够更加清楚地认识DNA 的结构和性质,这对于了解整个自然界和人类自身有着很重要的意义。

DNA双螺旋结构图

        在工业领域中,很多焊接件都是由金属制成,利用中子散射技术就可以分析焊接金属深层的应力情况。例如,科学家利用该技术分析飞机发动机叶片与涡轮的焊接应力,对焊接工艺进行指导,大幅提高了发动机的使用寿命。

飞机发动机部件研究


        在能源领域,锂离子电池是目前我们最常用的充电电池,手机、笔记本电脑使用的大都是这种电池。利用中子照相技术开展锂离子电池的研究,可以清楚地找到锂离子的位置,测量锂的浓度,还可以实时监测电解质在充放电过程中内部锂离子的浓度变化等,通过这些数据,科学家能不断对锂离子电池进行改进,做到高安全性、长寿命和低成本。

商业锂离子电池的中子成像



        当然,中子散射技术的应用远不止这些。中子穿透能力强,可以很好地开展文物的材料结构、成分、年代、产地等性质研究,为考古领域提供新的强有力的研究手段;在医学与健康领域,通过中子散射技术,科学家研究植入物涂层的结构和性能,使植入失败事例的数目有效减少;利用中子散射技术研究南极化石则可以帮助我们了解地球环境与气候的变化情况……


        总而言之,中子发现至今已将近100年,其作为微观领域的探索工具,已经开始融入科学研究和人类生活的方方面面。中子散射技术作为一种特殊的探测分析技术,在工业生产和国民生活中发挥着重要的作用。正因为中子散射技术用处越来越广泛,很多国家都在积极建设能够产生中子的加速器装置,2018年8 月,我国散裂中子源项目顺利通过国家验收,投入正式运行,相信未来随着该项技术的发展,物质微观领域的秘密会逐渐展露在世人面前。



来源:太阳集团app下载科技馆

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