從 荔 枝 園 到 中 子 源
- 發佈時間:2014-10-20 01:30:26 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
本報記者 左朝勝 通訊員 王祥明
廣東省東莞市大朗鎮水準村,這是一個盛産荔枝的小鄉村。在一座長滿了荔枝樹的小山坡前面,本來是另一座長滿荔枝的小山坡。如今,另一座小山坡不見了,3年前就被推土機夷為平地了,在平地之下的幾十米處,還修建了一條近200米的隧道。隧道盡頭右轉,豁然出現一座幾百米的龐大環形建築。隧道裏的設備叫做“直線加速器”,環形建築的設備叫做“環形加速器”。兩個設備加起來叫做“散裂中子源加速器”。
後面那座長滿了荔枝樹的山坡上,支起了七個大字的牌子“中國散裂中子源”。水準村的鄉親們看不懂這幾個字的意思。但是,看不懂的這件事兒註定要走進他們的生活。瞧,門前剛剛修好的那條高等級公路,名字就叫“中子源路”。10月17號,記者就是在手機上定了“東莞市大朗鎮中子源路”的導航,才七轉八彎地來到了這裡。從荔枝園到中子源,這塊土地上發生了什麼?
一
3年前,廣東省和中國科學院商定聯合建設散裂中子源。經反覆選址,最後定在了東莞市大朗鎮水準村。東莞,中國製造業基地;大朗,廣東省紡織專業鎮;水準村,荔枝之鄉。與之風馬牛不相及的“散裂中子源”,又是什麼玩意兒?
記者兩年前曾採訪過諾貝爾獎得主、物理學家楊振寧博士,還專門就東莞的散裂中子源請教了他。楊振寧如此表述:中子源製造出來的是一束中子。中子在近代科學研究裏,是一個非常重要的工具。所以,前些年美國造了一個很大的中子源。後來,歐洲、日本都建立了中子源。中子源對於物質的結構,對於生物方面的研究,都是必有的重要工具。我們知道平常要看一個極小東西,是用顯微鏡。可是,要看原子和分子的結構呢?舉個例子,血裏頭有一種分子叫血紅素,它是非常重要的,因為這個血紅素,把氧氣從空氣裏吸取進去,輸送到身體裏的各個細胞裏,需要氧氣的地方。第一步對血紅素分子結構的了解,在20世紀50年代用了X光散射的技術研究出來了,就等於用了X光的顯微鏡。1962年,兩個科學家因此獲得了諾貝爾獎。
可是對於血紅素的全部結構,用這個X光顯微鏡看不出來。為什麼呢?因為血紅素是一個很大的分子,裏頭有很多元素,比如説氫、氮、氧。氫的原子比較小,氧、氮的分子比較大。用X光的顯微鏡,看不到那個小的,只能看到那些比較大的,所以要把整個血紅素的分子結構完全弄懂的話,要換一個方法。什麼方法呢?就是中子的散射,所以説中子可以補X光散射之不足,這就是中子源之所以重要的道理。
在發現和使用中子的道路上,科學家與諾貝爾獎已經不再陌生。1932年查德威克(James Chadwick,1891—1974)發現中子。他精心設計實驗,用α粒子轟擊鈹,再用鈹産生的射線轟擊氫、氮,結果打出了氫核和氮核。他認為,只有假定從鈹中放出的射線是一種品質跟質子差不多的中性粒子,才能解釋。因這種粒子不帶電,所以稱為中子。查德威克因此獲得1935年諾貝爾物理學獎。1944年,哈恩因為發現了“重核裂變反應”,榮獲諾貝爾化學獎……
氫,屬於質子。讓人類深刻地記住了這個質子的事情,是1952年11月1日,美國在太平洋比基尼島核子試驗基地爆炸了世界上的第一顆氫彈,它的當量相當於投向日本廣島那顆原子彈的800倍。當這顆氫彈在幾百米高的鋼架上起爆之後,整個小島連同鋼架都在巨大的爆炸場中沉入太平洋深處。如今,那個小島只剩下了它的名字,變成了性感女郎最簡約的三點式服裝。
質子的力量對這裡的科學家來説還是不夠,剛剛吊裝的負氫離子源是整個加速器裝置的起點,它産生的離子,還需要加速,再加速,加速到16億電子伏特後“打靶”,轟擊出中子。下一步,他們就要用中子來“看”人類從來都沒有看見過的東西了!
二
東莞大朗鎮水準村的散裂中子源加速器,目前在全世界屬於第4台。前面的3台分別是美國、日本、英國。記者走下沒有電梯的地下隧道,在安裝現場,記者請教了來自中科院高能所的幾位科學家,全世界第四台意味著什麼?這些被廣東的太陽曬得黝黑的科學家在與記者的交談中,大致表述了三層意思,國力、技術和科研需求。
一台大科學裝置需要投入二十多億人民幣,國家出一部分、地方配套一部分,先得“不差錢”;再就是技術的研發必須達到建設的標準,這些年來國家“973”等項目的實施,為建設散裂中子源研發了成熟的技術,同時也培養了所需的科學人才隊伍。既有糧草充足又有精兵強將,此時不幹更待何時?!當然,還有最重要的一條,就是科研和産業的需要。
除了中子誘發核裂變的發現導致了核武器和核能源的開發之外,中子是研究物質結構和動力學性質的理想探針。
碰巧,記者近年來非常關注的我國海底水合物可燃冰的探查與開採。有研究預計,全世界海底可燃冰可供全人類使用3000年。科學家告訴我們,散裂中子源高壓下的中子衍射技術,可用來研究可燃氣體甲烷水合物的形成機制和穩定條件,其研究成果將為安全、高效地開採和利用可燃冰提供科學依據。
散裂中子源還可應用於蛋白結合與膜蛋白通道和功能的中子衍射研究、石油輸油管線裂紋成因研究、飛機渦輪葉片與輪盤焊接應力的中子衍射測量、航太器件輻照效應的地面模擬試驗研究、腫瘤的放射性治療研究等……作為21世紀學科前沿的重要研究平臺,世界發達國家正把建設高性能散裂中子源作為提高科技創新能力的重要措施,並將其視為衡量一個國家科技綜合實力的重要標準之一。
三
散裂中子源這個大科學裝置,是廣東省政府與中國科學院聯合建設的,記者採訪了科學家出身的廣東省科技廳廳長黃寧生。黃寧生曾以中科院廣州分院、廣東省科學院院長身份參與這件事情在廣東的發端與落戶。黃寧生對記者説,廣東省委省政府十分重視大科學裝置的建設,目前已經引進了幾個大科學裝置在建設中,還有兩三個現代物理方面的大科學裝置正在引進的過程中。廣東希望儘快形成一個大科學裝置體系,為建設創新型廣東,提升廣東創新能力,奠定堅實的科學基礎。
10月15日安裝的散裂中子源首臺設備,在東莞理工大學已經調試了兩年。東莞理工這座年輕的大學,因為散裂中子源而獲得與國內一流大學一樣建設高水準實驗室的機會。據項目總指揮、中科院院士陳和生介紹,東莞理工學院與高能物理研究所共建了“中子探測與快電子技術實驗室”“中國散裂中子源機電技術研發聯合實驗室”“中國散裂中子源先進材料聯合實驗室” 和“下一代網際網路聯合實驗室”四個聯合實驗室。
東莞市市長袁寶成接受科技報道記者採訪時表示,東莞的歷屆市委、市政府都很重視科技創新工作,都很尊重科學家,對重大科技項目到東莞落戶都十分支援。“土地資源稀缺的東莞為了項目的落戶和建設,無償提供了1000畝土地,同時還在土建和拆遷等方面提供了很大的幫助,這讓項目的順利實施提供了堅實的保障。”
東莞市委書記徐建華曾在多個場合提到,東莞如今對人才是求賢如渴,並不斷打造吸引人才的先發優勢,實現人才從“所用”變“所在”,再到“所有”,讓各類人才在東莞能實現人盡其才,才盡其用,為東莞的轉型升級做出更多的貢獻。據介紹,項目如今已有300多名專家常年在東莞工作,其中100多名已經落戶東莞,項目吸引了大量高層次人才來東莞,為推動東莞人才工作起到了良好的促進作用。
散裂中子源這樣一個大科學裝置落戶東莞,將會為東莞引進一大批國內乃至世界頂尖的科學家,集聚一大批高端産業的實驗用戶,促使項目周邊迅速崛起一座科技新城。東莞這個中國製造業基地,可能也會因此而産生一些業態的變化。
那時,水準村這個荔枝之鄉可能就變成了散裂中子源之鄉。
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