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大咖进校园|东莞材料基因高等理工研究院高建波博士:身边的超级显微镜

01-22 09:04发布于广东

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1月9日,在我们清澜山学校科技副校长、东莞材料基因高等理工研究院院长张书彦女士的支持和带领下,高中部有幸迎来了来自东莞材料基因高等理工研究院高建波博士,为我们带来了一场精彩的关于何为中子,以及中子的历史发展以及其技术应用的精彩演讲。


嘉宾介绍


张书彦副校长,清澜山学校科技副校长,现任东莞材料基因高等理工研究院院长,牛津大学工程学博士,教授,博士生导师。长期从事中子散裂技术的研究,开发与应用,曾任英国散裂中子源工程实验室首席科学家。英国卢瑟福实验室百年来首位女性华人首席科学家。


高建波博士,任职于东莞材料基因高等理工研究院。粒子物理与原子核物理博士,应用物理学研究员。主要从事中国散裂中子源中子工程材料衍射仪的设计、建设及应用工作。发表论文50余篇,申请发明专利30余项。参与国家标准制定1项,参与编制全国分析检测人员能力培训教材一部。



讲座内容回顾


高建波博士的讲座生动贴切,通俗易懂。高博士以生活中的科学小问题入手:水,在日常生活中最常见的物质,为什么具有清洁性呢?高建波博士生动的将水分子比作“小磁铁”,用其极性的特点形象的为同学们解释清楚了水的清洁性的背后原理。紧接着,高建波博士又以相似的方法解释了水的结冰的特性,微波炉加热食物的特性,以此引出了本次演讲的重中之重-中国散裂中子源。


中国散裂中子源中位于中国广东省东莞市大朗镇,距正东方向水流石水库约1千米,距西北方向罗田水库1.8千米,距西北方向的松木山水库约2.5千米,途经该科技基础设施的线路东莞—佛山高速公路。中国散裂中子源的建立填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,为中国物质科学、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术研发提供了强有力的研究平台,对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题、解决瓶颈问题具有重要意义。

 

接下来,在关于什么是中子的问题下,博士用人体作为例子,层层递进,列举出中子的位置及大小,谁能想到,人体的一根头发丝就包含了50万个原子!高建波博士接着引入到了中国散裂中子源的位置和建设意义。然后,高建波博士引入到了中子散射的意义和历史沿革,详细展开了世界科学家对于此研究领域的投入以及他所能应用到的各个“软”“硬”领域,包括但不限于“考古,地质,纳米,国防,能源,医药……“ 同学们听的津津有味,非常入神。



再然后,高建波博士展开讨论了中子产生的过程,中子源装置的示意图,以及中子所能看到的世界。中子的产生反应可以总结为以下过程:


负氢离子数首先通过直线加速器加速,获得初步能量后剥离电子变成质子,进入环形同步加速器。经过环形同步加速器的进一步加速后注入靶站。在靶站位置,高能质子轰击重金属靶,将重金属的原子核打碎发生散裂,产生高能量。短脉冲的中子数把靶站内的中子束流经过慢化器把能量降低到试验所需要的范围。通过开启的中子闸门,进入到中子导管,通过导管将中子束流引入到中子衍射谱仪。中子经过一系列中子光学部件,对脉冲进行调制和优化后,入射至样品位置处。与待测样品发生散射。散射后的中子信号被探测器接受,通过分析中子能量和动量的变化,就可以了解样品晶格尺寸上的微观结构信息,进一步分析后可获得样品内部的残余应力信息。


为了更加形象的使同学们理解中子源的应用,高建波博士列举了一些列“氢燃料汽车“ ”改良柔顺剂“婴儿肺结构““高铁安全寿命检测”的列子,以此来给同学们展示中子可以给日常生活带来的影响和改变。最后,博士还扩展到了核武器和中子的联系,讲述了链式核聚变反应,为本次的演讲划上了圆满的句号。


演讲结束后,同学们意犹未尽,留在剧场跟高建波博士讨论交流中子源相关知识,来自12年级的Tanzer同学就提问到:散裂中子源的粒子加速器可以用来加速除了质子外的别的粒子吗?粒子是单束的还是不断脉冲的?需要用的中子数量级跟样品比大概是怎样的?以及测量的具体机理包括是否有损失?


希望同学们未来可以继续保持这种好奇心和批判性思维,更上一层楼!



撰稿|Cindy Tai

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