专栏名称: 悦智网
悦智网依托国内外独享的科技咨询资源,分享最新的行业技术评论,实时发布国内外最新研究成果,打造技术成果的专业交易平台,促进科技成果的需求转化。
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  悦智网

物理学家利用宇宙射线窥探福岛核反应堆废墟

悦智网  · 公众号  ·  · 2017-10-22 15:03

正文

请到「今天看啥」查看全文


雷克•巴雷特(Lake Barrett)具有丰富的核灾难清理知识:在1979年三里岛反应堆事故过后,他曾成功地帮助实施了拆除。那次事故是美国所经历的最为严重的一起核事故。如今他作为东京电力公司的顾问定期飞往日本为该公司提供建议。实现福岛反应堆去燃料化需要做什么?巴雷特说:“首先应从调查诊断开始。然后基于诊断结果作出基本的工程决定。”他注意到,东京电力公司的时间表要求于2017年落实去燃料的流程。巴雷特说,这是一个较为乐观的目标,基于当前所了解的情况,“我们需要5年准备方案,但现在我们尚未掌握足够多的信息”。

在东京电力公司弄清楚每一滴具有放射性的熔融金属物之前,监管者无法制定将燃料从反应堆处移除并进行反应堆拆除的计划。他们陷入了困境。这也是为何要引入μ介子。利用这些极小粒子的成像技术来窥探福岛反应堆废墟致命的中心区,这可能是调查人员最好的期望。

圣地亚哥郊外一个普通的商务花园, 看上去并不太像一个能遇到亚原子粒子狂热者的地方。但在总部设于此地的决策科学公司(已有11年历史)的办公室内,你随便扔一根粉笔,都能砸到公司首席执行官兼物理学博士吉恩•雷(Gene Ray)这样的人。吉恩在开始长达40年的商业生涯之前,曾获得理论物理的博士学位。“但我没用上多少专业知识。”他表示。

在谈到宇宙射线时,这位首席执行官高兴地叫来了公司分析业务副总裁康斯坦丁•博罗兹金(Konstantin Borozdin)。这位副总裁曾在莫斯科学习过实验核子物理学,并作为天体物理学家为俄罗斯的空间研究院工作了10年。博罗兹金解释说,宇宙射线所产生的μ介子通常不是理论物理学家所感兴趣的对象。从高层大气落到地球的μ介子不会与其他粒子产生强烈的相互作用,因此可直接穿过大部分物质。看看你的手吧,统计数据说,每1秒钟都有1个μ介子嗖地穿过。

对于大多数物理学家而言,μ介子更像是静态信号。博罗兹金说:“对于寻找稀疏分布颗粒的地下探测器而言,μ介子有点麻烦。它们总想躲避监测。”

博罗兹金开始对μ介子产生兴趣是在“9•11”卷走了美国和平之时。当时,他在位于新墨西哥的洛斯阿拉莫斯国家实验室工作,负责研究宇宙射线。洛斯阿拉莫斯是传说中原子弹的诞生地。“9•11”袭击过后,该实验室接到了美国政府的特别增援请求。博罗兹金回忆道:“他们请我们寻找能应对核恐怖主义的技术。他们希望找到能探测出核武器的方法,因为有人可能会将其偷运入境。”博罗兹金及其同事意识到,这些惹麻烦的粒子,也就是无处不在的μ介子可被用于探测核材料的成像系统中。

为解释工作原理,让我们先从高中物理说起。回想一下,一个原子中的大部分区域都是空的,占很大重量的原子核被一团极小的电子所包围。大部分时候,一个μ介子可毫不受阻地穿过原子的空间,但偶尔也会与原子内部的粒子相互作用。其中一种互动就是带有正电或负电的μ介子拉动或推动带有负电的电子脱离其正常轨道。这一过程导致μ介子失去一些电子伏的能量而慢下来。

几十年前,物理学家设计出一种基本的成像方法,利用电子的相互作用来观察那些失去了能量进而停在轨道上的低能μ介子。这一技术于1968年在国外进行了试用。在埃及金字塔的一个地基里,一个物理学家团队安装了一台探测器。该探测器计算进入到地基的μ介子数量并追溯其经过金字塔的路径,以便确认它们是否穿过了坚固的石灰岩或暗室中的空气。石 灰岩里积聚了大量原子,可使更多低能μ介子停止运动;暗室中的空气可允许更多的μ介子“呼啸”而过。经过几个月的数据分析,物理学家得出了答案:没有暗室(因此也没有隐藏的宝藏)。







请到「今天看啥」查看全文