我們生活在一個豐富多彩的世界里，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不是世界的全部， 這是由于我們的眼睛僅僅能夠感知波長在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。對于更小的物質，我們必須借助一些工具或手段才能觀測到，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。
花蕊縱斷面 新型冠狀病毒 對于中子散射技術我們首先要搞清楚兩個關鍵，就是中子和散射啦！（廢話）首先簡要說明一下中子。1920年新西蘭著名物理學家盧瑟福預言了原子核里除了質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，盧瑟福的學生查德威克用試驗證明了中子的存在，并因此榮獲了諾貝爾物理學獎，這種不帶電的微粒——中子也被譽為打開了原子能時代的金鑰匙。而散射在我們的生活中無處不在，例如，晚上打開手電筒，發現有一束光射出，但那并非光的本身，我們看到的是光與空氣中的顆粒發生碰撞散射到人的眼睛形成的，舞臺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。 舞臺燈光秀 而將這兩者結合起來的中子散射技術就是利用反應堆或加速器產生的中子與物質發生相互作用，研究物質的靜態結構及物質的微觀動力學性質的方法。它能夠告訴我們物質或者材料中的原子在哪里，還有它們在做什么。 講了這么多，那么中子散射技術到底有哪些應用呢？ 在生物領域，科學家利用中子不帶電，在散射過程中不會產生電離作用的特點，能夠實現對DNA的無損測量，使我們能夠更加清楚地認識DNA 的結構和性質，這對于了解整個自然界和人類自身有著很重要的意義。 DNA雙螺旋結構圖 在工業領域中，很多焊接件都是由金屬制成，利用中子散射技術就可以分析焊接金屬深層的應力情況。例如，科學家利用該技術分析飛機發動機葉片與渦輪的焊接應力，對焊接工藝進行指導，大幅提高了發動機的使用壽命。 飛機發動機部件研究 在能源領域，鋰離子電池是目前我們最常用的充電電池，手機、筆記本電腦使用的大都是這種電池。利用中子照相技術開展鋰離子電池的研究，可以清楚地找到鋰離子的位置，測量鋰的濃度，還可以實時監測電解質在充放電過程中內部鋰離子的濃度變化等，通過這些數據，科學家能不斷對鋰離子電池進行改進，做到高安全性、長壽命和低成本。 商業鋰離子電池的中子成像 當然，中子散射技術的應用遠不止這些。中子穿透能力強，可以很好地開展文物的材料結構、成分、年代、產地等性質研究，為考古領域提供新的強有力的研究手段；在醫學與健康領域，通過中子散射技術，科學家研究植入物涂層的結構和性能，使植入失敗事例的數目有效減少；利用中子散射技術研究南極化石則可以幫助我們了解地球環境與氣候的變化情況…… 總而言之，中子發現至今已將近100年，其作為微觀領域的探索工具，已經開始融入科學研究和人類生活的方方面面。中子散射技術作為一種特殊的探測分析技術，在工業生產和國民生活中發揮著重要的作用。正因為中子散射技術用處越來越廣泛，很多國家都在積極建設能夠產生中子的加速器裝置，2018年8 月，我國散裂中子源項目順利通過國家驗收，投入正式運行，相信未來隨著該項技術的發展，物質微觀領域的秘密會逐漸展露在世人面前。
來源：中國核工業科技館
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