东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

作者:科普启示录 时间:2024-04-18 阅读:1221

央视新闻消息,2024年3月30日,中国超级显微镜(散裂中子源)第二期工程启动了!为什么是超级显微镜?因为它足够大,差不多有40个足球场那么大。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

但大不是我们的目的,我们的目的是要有用!有了这种设备之后,我们的科技可能会迎来一次巨大的变革,比如提升钢材的强度和韧度、寻找到治疗癌症的方法、解决锂电池自燃的问题等。

那么,这到底是怎样一种技术,怎么会这么神奇?

什么是散裂中子源?

通俗地说,散裂中子源就是一台显微镜,然而比起其他可以看到细胞的显微镜而言,散裂中子源可以看到物质的微观结构(分子层面),所以在科学界,这种设备又被称为超级显微镜,在实际应用中,通常是用来研究某种材料的微观结构。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

不过,和普通的显微镜不同的是,散裂中子源并没有凸透镜来放大物体画面,而是用中子来作为探针,探测物体的微观结构

虽然很难理解这种工作原理,但是可以把这些中子想象成一堆乒乓球,把要测试的物体想象成一张网,把所有乒乓球扔向这张网,如果乒乓球撞到了网线,那么速度和动能都会下降,如果乒乓球直接从网孔穿过,那么速度和动能就不会变化,反之,只要从穿过网的乒乓球的动能和速度,就能判断哪里是网线,哪里是网孔。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

散裂中子源的原理就是这样,可以通过穿过待测物体的中子的动能和速度,描绘出物体的微观结构。那么问题来了,为什么是用中子而不是其他粒子?因为中子呈电中性,不会和其他带电粒子产生反应,具有很强的稳定性,而且中子的体积足够小,能够很轻易穿透物质结构之间的空隙。

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然而这样一台精密的仪器,体积却非常庞大。中国散裂中子源坐落在广东东莞,占地400亩,相当于40个足球场那么大,是国家十一五期间重点建设的大科学装置,建设时长7年,耗资12亿元人民币。

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散裂中子源的工作方式和粒子对撞机差不多,都是通过加速微观粒子,获得高能,然后再去轰击金属靶。

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所以整套设备的主要部件有一台强流质子直线加速器一台快循环同步加速器一个靶站5台中子谱仪等。

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虽然技术很高级,但是总感觉和我们普通人不相干,那么国家投资这么多钱来打造这套装置,是为了什么?难道仅仅是为了科学研究吗?

散裂中子源有多重要?

国家支持的项目,当然和我们每个人息息相关,散裂中子源虽然是大科学装置,但其实它的作用可以加速我们的科技发展,让我们的生活水平可以向前迈出好几步。

举个例子,我们经常看到电瓶车电瓶起火的新闻,而电瓶之所以自燃起火,是因为长期使用之后里面的结构会不稳定。

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研究人员当然也知道是这个原因,可是到底该怎样解决这个问题,却没有办法,因为市面上没有一种仪器能够观察电池内部材料的微观结构,但是散裂中子源可以做到。

使用散裂中子源,不仅可以观察到材料的微观结构,还能观察电池一直放电状态下,这些材料的微观结构是怎样变化的,和平时的实验相比,这种方式还可以大幅度缩短实验时间。研究人员如果得到这些数据,就可以及时调整电瓶的设计方案,让电瓶更加安全高效。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

当然,用这种技术还可以提升一些钢材的性能。2017年,中国就研发出了一种新的钢铁材料,名为超级钢据说这种材料1立方厘米就能承受住3万吨的压力,由于技术过于先进,连国外权威学术机构都不承认这项技术的真实性。

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然而他们不知道的是,中国之所以能够研发出这种材料,全是因为中国有了自己的散裂中子源装置。因为只有这种装置,才能观察到新型材料的内部内部结构,为技术改进提供断裂、韧性和腐蚀性等数据。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

然而这项技术不仅可以用于工业,还可以用于生物医疗方面,其中就有最让人们关心的癌症治疗技术。据央视介绍,中国科学院高能物理所东莞分部,成功研制出我国首台自主研发的加速器硼中子俘获治疗实验装置,这将是抗击癌症的新利器。

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据研究人员介绍,这种治疗方法是先给患者体内注射含硼的药剂,药剂会以最快的速度聚集在癌细胞内,相当于给癌细胞做了标记,最后再给病人进行中子照射,杀死癌细胞,而且这种方式还不影响正常细胞。目前这项技术已经在东莞人民医院展开临床实验,未来有望纳入医保,造福人民。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

总之,虽然很多人不知道散裂中子源,但它却实实在在的和我们的生活息息相关,也确实在改变着我们的生活,加速我们的科技发展。

然而这样重要的一项技术,曾经却让我们的科学家吃尽了苦头,而我们能有今天的成就,也是非常来之不易。

中国散裂中子源来之不易!

此前,全世界一共只有三台散裂中子源,分别在美国、英国日本据科学家分享他们的经历,那个时候他们只能通过付费申请的方式才能使用这些设备,而且还不能随心所欲的使用,使用时间、使用次数都被严格地限制。所以我国的科学家们受尽了屈辱,决心要在自己的祖国也早出这样一台散裂中子源。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

2000年7月,中科院院长路甬祥参观了英国的散裂中子源,发现这里平均每年的用户数量达到1500人,在将近20台的设备上开展700多个实验,建造这套装置的卢瑟福实验室每年发表高水平论文500篇。看到散裂中子源对国家科技创新的重要作用,路院长就有了在中国也造一台的想法。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

于是回国后和专家们多次展开讨论,筹备了五年之后,终于在2005年的时候成功立项。一期工程于2011年9月开始,2018年8月验收而今年的3月30日,中国散裂中子源再次启动二期建设,设备的更新和升级,必将引导中国科技走向更高的水平。

东莞大国重器诞生:国产“超级显微镜”上新!可精准治愈癌症?

据科研人员介绍,曾经我们要去求别人才能得到使用机会,但是今天我们在自己家就能完成实验。中国散裂中子源坐落在广东,这里孕育了很多高新技术产业,科技发展水平在全国都较为领先,且工业技术先进、市场庞大,把设备建立在这里,不仅可以完成高效科学实验,更能推动各大科研单位的技术进步,让散裂中子源能够更快惠及每一个中国人民!

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