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参观正负电子对撞机的总结

516,周六,通过科学技术协会的后门关系,有机会弄到中国科学院高能物理所正负电子对撞机的参观邀请函,于是,带着崇敬和瞻仰的心情,我和女儿一同踏上了科技朝圣之旅。过程的细节不一一赘述,那纯粹是故事和流水帐,没有实质的意义,只是将过程几个总结体会写出来,让我们一同探讨思考。

接待我们的是一位50来岁的老师,估计应该是位研究员级别的科学家,看大家对她很恭敬,人很平和而谦逊,问我是什么单位的,我说是航天二院的,他们好像挺了解,聊了我们二院的很多事情,并由此生出了很多的热情和好感,也给了我们很多优待,于是第一个体会,人际交往上,“像我”定律绝对有用,就是找到双方的相似点,然后让对方知道我们有某种相似度,就容易拉近距离,并产生好感,生意容易成交,矛盾容易化解,生疏容易熟络。

老师带我们去对撞机直线加速器机房的路上,她说现在带孩子来科普早了点,既没兴趣也不懂,谈到了她从小如何用理工科方式教育儿子,虽然小伙子已经进入了清华大学精密仪器系就读,但老师仍然主张多教育孩子的形象思维和想象力,觉得理工背景的父母会无意的扼杀孩子的想象力,虽然在逻辑分析推理、数学思维方面会对孩子有点好的影响,但“如果没有联想,世界会变得怎样?”想象力和艺术思维的培养会让孩子有大的成就,那可以把科学变成美学。我由此开始反思对孩子的理工教育思维方式如何改善,包括写作文的方法。

电子对撞机造型如一个羽毛球拍,杆部分是直线加速部分,加速到杆和拍的接头处的时候,正负电子会分开,正负电子分别左旋和右旋绕拍子边缘旋转,在杆和拍接头处及与该位置180度的拍顶处会发生碰撞,碰撞出新的粒子,新的粒子用质谱仪等一系列眼花缭乱的仪器和方法来进行分析,得出其质量、速度、极性等特性参数。这是对撞机的基本工作原理。

 

 

环形部分示意图(两个白圈是碰撞点)

第四个体会是来自于高中同学T的一个问题,科技不提升生产力是没有价值的,补充解释下,基础研究虽然有时并不直接作用于生产力,但它的作用仍然是很巨大的。有时是作用了但我们没感觉到,有时候是没作用但其研究的过程带动了相关产业,有的当时没作用但具有无尽的未来价值。下面罗列几个与对撞机相关的作用于生产力的例子。

1、对撞机开发过程而带动的技术生产力的例子

   对撞机许多关键部件采取了世界上独一无二的方法进行研制生产,使国内相关企业在相关技术领域有了较大提高和突破,带动了我国机械、电子工业技术的发展。

对撞机里面有个大型磁铁,这个磁铁外表无奇,但它是超强磁场的,对此应用领域的技术提升具有直接的效果;

在微机械技术方面,制成了直径仅4毫米超微电机,这种电机将能在医疗、生物和科研等方面有独特的用途。

在磁铁和微波部件方面,其设计和研发水平已达到国际水平,先后向美国、日本、意大利、韩国出口加速管、能量倍增器、微波系统波导元件等高科技产品;

微波和高频技术的突破为我国电视和广播事业的发展发挥了积极作用,多项技术用于彩色电视发射机速调管的批量生产;

对撞机相关的超高真空技术研究,使我国高技术发展所需的超高真空基础技术有了较大突破,上海真空泵厂、沈阳科学仪器研制中心等一批企业,由此具有了生产超高真空系统的能力,向科研单位、航天工业、电子工业等部门提供了优质产品,并有多项产品出口。

大型科学装置往往需要用大量的先进技术,它可以带来大量的高技术,如超导、精密机械、自动控制、计算机等的快速发展。这些技术往往会在较短时间内就对整个社会的高技术发展起到很大的推动作用。

2、对撞机本身用于科研创造生产力的例子

近年来,依托对撞机,许多研究所、大学、开放实验室及国家重点实验室已在微电子光刻工艺技术、材料科学、生物学、医学、化学、化工、地质矿产和能源等研究领域取得了一批具有国际先进水平的研究成果。

材料科学是同步辐射的重要应用领域, 大量用户在BSRF利用同步辐射技术进行了许多常规手段无法进行的研究工作。南京大学的“新型人工晶体畴结构与相变的同步辐射研究”、 复旦大学的“Sb原子和Er原子在分子束外延过程中的偏析行为及热稳定性研究”,浙江大学的“C60单晶能带色散的研究”,都获得了一系列重要的研究成果。在BSRF用光电子能谱, X射线吸收精细结构谱和X射线小角散射等实验方法对纳米材料进行了深入的研究,取得了大量新的结果。利用金刚石对顶砧高压技术和同步辐射能量色散X射线衍射方法,对一些材料进行了极高压力条件下(最高压力超过100万大气压)原位测试。

化学所化学热力学组用小角X射线散射(SAXS)研究超临界流体抗溶剂过程中高分子链尺寸和构象变化,具有重要的理论和实际意义。

催化剂在工业上有着十分重要的应用。催化剂的结构研究由于实验上的困难, 一直是催化研究中的难点, 同步辐射的应用为催化剂结构研究提供了全新的手段. 北京大学多年来在BSRF研究以Al2O3分子筛为载体的有机催化剂的结构,得出了多相催化剂的活性成份具有在载体表面自发分散的倾向,此外他们还开展了表面单层分散方面的研究, 为阐述催化剂的作用机理、筛选新的催化剂提供理论指导。山西煤炭化学所开展了一系列金属与含炭物质相互作用的研究,为煤焦燃烧和气化的催化机理提供重要信息,在此基础上研制的催化剂已在工业上得到了应用。中国科技大学对多种应用于环境保护的催化剂进行了结构研究, 取得了许多重要的结果。

微区荧光分析的实验新技术和方法,用此方法成功分析了单个地质流体包裹体和单个细胞内的痕量元素含量。对于单个地质流体包裹体这种厚样,痕量元素的 检测限可以达到ppm量级,对于单个细胞这种薄样,最小检测限达到0.01pg,目前已有大量地矿、生物医学和环境科学方面的课题利用此条件开展工作,取 得了许多新的研究成果。

BSRF在开展基础研究和应用研究的同时,也为国防建设和国家重大项目提供强有力的技术支持。南京紫金山天文台与BSRF合作,对用于空间探测的正比计数管的性能进行了全面的标定;

作为实验技术方面的一个最新的重要进展,BSRF利用空间相干长度为几微米的单色同步辐射光在类同轴全息相位衬度成像的研究中成功获得了清晰度和分辨率明显高于传统吸收像的硬X射线相位衬度图像。

2004年我国科学家关于菠菜光合作用机理研究获得的重要成果,也是通过同步辐射装置的实验站取得的。

3、未来对撞机可能起作用的领域

卫星通讯直接用于我们的生活,如卫视节目、海事卫星电话(远洋船载电话)、GPS等,在发生日凌的时候,就是太阳发生爆炸产生许多粒子,在大气中会直接影响电磁波的传递,导致卫星通信中断,这个粒子和粒子的碰撞作用就是对撞机研究的课题之一。

碰撞耶克能发现希格斯玻色子,但谁也不知道它的发现能有何用途,就像当年核聚变核裂变的机理被发现时,科学家也不知道它将如何作用于我们的生活一样。

其他可预见的作用领域还包括电信、医疗、能源、军事。

实验带来了数据处理的挑战,导致欧洲核子物理研究组织于1990创造出了万维网。大型撞机也将引领我们进入一个全球分布式计算和大量数据更有效贮存的时代,更好地了解亚原子世界将导致量子计算和超安全通信方面取得突破。

  粒子加速器目前在癌症治疗和医学成像方面的作用在快速加大。许多医院利用质子、碳离子甚至是反物质等带电粒子来治疗癌症。

  能源如可控熔合核电站,这些微型黑洞甚至可能在长期的能源需求中扮演一个长期角色。

在自然界中,任何一种次原子粒子”(比原子还小的粒子)都有一种与之对应的反物质,如果这两种物质发生猛烈撞击,那么它们都将消失,并释放出巨大的能量。与核弹不同,反物质炸弹爆炸时并不会产生核辐射,是一种干净的氢弹。它拥有氢弹爆炸的威力,却不会造成核辐射污染。 它是一种超清洁的巨能能源,同时也是最有可能被用于战争的武器。它和核武器不同,核武器的应用往往是两败俱伤的结果,核辐射的后遗症让地球村里的人都难以幸免,而反物质炸弹则不同,它只作用于当时当地,过后将恢复原状,可以更有效的杀伤敌人保存自己。

 

以上是我和女儿参观北京正负电子对撞机前后通过查阅资料、实地参观学习、总结出来的心得体会。这次参观让我再一次近距离的感受中国建国后的又一重大科技成果,感受科学的无穷魅力,感慨祖国经济的发展、科技的进步、国力的强大,虽然很多我还没弄懂,但科学未知的奥秘机理就像那袅婷婀娜的美女,就在前方不远的林荫处,等待着科技工作者的到来。

武晔卿 发表于 2009/5/28 15:11:00 阅读全文 | 回复(1) | 引用通告 | 编辑 | 收藏该日志
作者留言
关于物理学的很多名词和机理,我自己他妈也没搞懂,好多是抄来的。读者见谅阿。 在对撞机之后,还有一个大成就的科学仪器——谱仪,它是专门研究粒子的质谱分析的,从而发现其特性和机理。那个也没搞懂。
kennywu发表评论于2009/5/28 16:59:00 个人主页 | 引用 | 返回 | 删除 | 回复

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