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回旋加速器

发布时间:2023年8月20日
作者:李开周  文章ID:77102  浏览:

【原文】
    回旋加速器
    李开周
    现在科技发达,人造金刚石的成功率不断提升,人们渐渐可以付得起成本,请专业机构为自己制造一些有纪念意义的金刚石成品。人造金刚石当然是用碳做原料。技术上讲,凡是含碳的物质,都能拿来合成金刚石。基本工艺流程,无非是先在无氧环境下加热原料,提取纯碳,再以高温高压改变碳原子的空间排列,让它们五个、五个地结合,形成一个个坚固的正四面体。
    而传说中的点石成金可是要把一种元素变成另一种元素的,现代人类拥有这项技术吗?答案是肯定的,不过需要借助极其高级,极其昂贵、极其复杂的特种设备,例如巨型的回旋加速器。
    在解释回旋加速器之前,先说说元素改变的科学原理。
    我们知道,元素的化学性质主要取决于外层电子,而元素的种类则完全取决于质子数量。如果把12个质子的镁原子核一分为二,得到两个较小的原子核,每个核各有6个质子,这样就把镁元素变成了碳元素。或者靠超强外力将1个质子射向镁原子核,该质子射穿壁垒,跟原有的12个质子合在一起,那就得到13个质子的铝原子核,将镁元素变成了铝元素。
    问题是,我们怎祥才能击穿原子核的壁垒?现在能做到这一点的人类武器,只能是高能粒子加速器,包括大型回旋加速器和强子对撞机之类的超级高科技设备。
    回旋加速器可以用电磁场不断给带电粒子加速,让它越转越快,经过多次加速,得到很高的能量,进而击穿原子壁垒。打一个不严格的比方:回旋加速器好比公因里的旋转木马,坐在木马上的孩子好比带电粒子,一个力大无比的家长跑过去推。该家长站在木马旁,猛推一把,木马缓缓转动一圈。等他的孩子转回来,他再推一把,使木马逐渐加速。孩子每转过来一次,他就再施加一个推力。如此反复下去,只要家长的推力超过木马的阻力,木马就会越转越快,直到最后把孩子从木马上甩出去。
    我们现在看到的元素周期表,100号之后的那些元素,基本上都是通过回旋加速器这样的强大设备为质子、电子或者中子不断加速,让它们撞击某些旧有的元素,从而合成出来的新元素。理论上讲,用高能粒子轰击水银的放射性同位素,可以使80个质子的汞失去1个质子,变成79个质子的金。
    现在国内某些大医院拥有小型的回旋加速器,通常从国外进口,报价百万美金。这类小型加速器只能生成医用的放射性同位素,例如碳14、磷32、而不能改变原子核内的质子数量。至于能合成新元素的大型加速器,它们的造价基本上属于国家机密。以我国规划建设的大型强子对撞机为例,仅仅前期项目就要拿出数百亿的工程预算。
    就算你手头有一台能够合成新元素的加速器,就凭现在的技术条件,也合成不出大块的金子。因为加速器每次只能加速极微量的粒子,经过好几年的不断试错,最终合成出极微量的重元素或者超重元素。微量到什么地步呢?肉眼几乎看不到。核化学家用氦离子轰击锔,能造出第98号元素锎,大家知道锎现在的售价有多高吗?每克10亿美元!为啥会这么贵?正是因为合成成本太高,能合成的量太少。耗费几亿美元的成本,去合成几克的黄金,傻子才愿意。
    (有删改)

【问题】
    18.下列对文中“回旋加速器”的理解,不正确的一项是
    A.回旋加速器利用电磁场不断给带电粒子加速,多次加速使之得到很高的能量,进而击穿原子壁垒。
    B.大型回旋加速器属于高能粒子加速器的一种,用途相似的加速器还有强子对撞机这类高科技设备。
    C.位于元素周期表100号之后的元素,基本上是通过让它们加速撞击旧有元素而合成出来的新元素。
    D.目前国内某些大医院拥有的小型回旋加速器,通常从国外进口,它的造价比大型加速器要低很多。
    19.下列对原文内容的概括和分析,不正确的一项是
    A.人造金刚石的基本工艺流程是先提取纯碳,然后改变碳原子的空间排列,从而获取人造金刚石。
    B.元素的种类完全取决于质子数量,要改变-种元素的种类,就需要改变其原子核内的质子数。
    C.医用回旋加速器主要用来制造医用放射性同位素,例如碳14、磷32,是不能用来制造新元素的。
    D.我国耗资数百亿建设大型强子对撞机,这项工程使得我国跻身核化学大国行列,因此意义非凡。
    20.请你结合全文,简述对“点石成金”的认识。

【参考答案】
    18.C
    19.D
    20.①“点石成金”的技术已为人类掌握;②“点石成金”需要极其高级、昂贵、复杂的特种设备;③凭现有的技术和设备,还无法合成大块的金子。
 

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