【加速器与反应堆的逆天结合会有怎样的天地？能量放大器！】出品：科普中国
制作：寒木钓萌
监制：中国科学院计算机网络信息中心
在《如果一个人能连续不断地生产无限量中子 ， 他将成为怎样的富翁？》一文中 ， 我们探讨了 ， 中子不但是个大杀器 ， 更是个变废为宝的金钥匙 ， 它能把现在还烂大街的钍变成核燃料 ， 也能把无法参与裂变的铀238变成裂变燃料 ， 更能将很毒的乏燃料进行“焚烧” 。
而现在的问题是：如何廉价、且稳定地产生大量中子 。
中子哪里有？当然是在原子核中了 ， 我们很难在市面上抓到哪怕1粒自由中子 ， 即使你走运抓到了它 ， 但你拥有它的时间绝不会超过14分钟42秒 ， 超过这时间 ， 它就变成了质子和电子 ， 还有1个反中微子 ， 有时还顺带一道伽马射线γ 。
中子衰变 。
不过 ， 获得中子有一个看似很笨 ， 却极其有效的途径 ， 这就是“打” 。 就像一棵结满密密麻麻苹果的树 ， 你随便扔一块石头过去 ， 怎么说也能将一两个苹果砸下来 。
而你砸一次 ， 到底能砸下几个苹果 ， 其实跟三个因素有关 。
一是 ， 这树上的果子是否足够多 ， 假设树上只有一个苹果 ， 则你砸下来的概率几乎为零 。 因此 ， 既然要砸 ， 就得找那种果子很密的树 。 同理 ， 当我们要选中一种原子核作为生产中子的对象时 ， 也得找哪种核子比较多的元素 ， 比如铅、汞等 。 铅的208个核子中 ， 中子就占了126个 。
二是 ， 你用什么去砸 。 一块石头 ， 还是一个馒头 ， 这是天差地别的 。 因此 ， 我们要想从原子核中砸出中子 ， 那么选用什么东西去砸很关键 。 电子看来是不行了 ， 它太轻 。 有人说这还不简单 ， 用中子呀！
先不说 ， 咱们现在明明是要生产中子 。 只说一点 ， 给你一个中子 ， 你扔得出去吗？中子不带电 ， 你没法加速它 。 因此 ， 要从原子核中砸出中子 ， 最好的工具就是质子 。
可问题又来了 ， 要用质子去砸出中子 ， 但前提是 ， 我们得有很多质子 ， 去哪里找？它们还是在原子核中呀 。
这个倒是简单 ， 因为氢只是一个质子和一个电子的结合体 ， 只要把氢核外面的电子剥离 ， 它就是纯种的质子了 。
好了 ， 现在目标靶已经有了 ， 这就是铅 。 砸的工具就是质子 。 还剩下一个问题 ， 如果你把质子软绵绵地扔出去 ， 显然也是难以砸出中子的 。 所以……
第三个影响因素就是 ， 该怎么做 ， 才能使出更大的劲扔质子 。 这就是加速器 。
质子加速器
使用加速器将质子束加速后 ， 去撞击铅靶 ， 经过计算（当然还有精确的测量） ， 平均起来 ， 1粒质子撞在铅靶上后 ， 能砸出20到30个中子 ， 这很厉害了 ， 真的 。 小时候我去偷别人家的梨 ， 一块石头扔出去 ， 顶多也就从树上掉下来三五个 。
补充一下 ， 质子从铅核中砸出大量中子的过程叫做“散裂” ， 图片作者Anynobody 。
虽然1粒质子扔出去能砸出20到30粒中子 ， 但我们绝不敢这样说 ， 这些中子都能去把20到30粒钍原子变成核燃料 。
少算一点 ， 假使1粒质子撞击铅靶产生的中子可让5粒钍原子变成铀原子 ， 那这也是大赚的 。 因为一粒铀原子裂变会产生大约200兆电子伏的能量 ， 这又是多大的能量呢？
Richard Rhodes的书《The Making of the Atomic Bomb》曾获得普利策非小说奖 ， 而在这本书中 ， Richard Rhodes说 ， 一粒铀原子裂变后的能量足以使一粒可见的沙子跳动 。
推荐阅读
- 涸辙之鲋是什么意思 虚与委蛇是什么意思
- 齿轮转动快慢与齿轮的什么和什么有关 齿轮转动的快慢与什么有关系
- 稀硫酸与铜反应 稀硫酸与铜的反应
- 碳酸钾与盐酸反应的化学方程式 碳酸钾与盐酸反应的化学方程式是
- 国家纳米中心与空客联合研究航空新材料
- 碳酸钠与稀硫酸反应方程式 碳酸钠与稀硫酸的反应方程式
- 独立学院与民办学院的区别 独立学院与民办学院有什么不同
- 日字旁的字与什么有关系 日字旁的字与什么东西有关系
- 与纸上得来终觉浅绝知此事要躬行意思相近的诗句 终觉浅的意思
- 农夫与毛驴主要写农夫什么 农夫和毛驴告诉我们什么道理