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给孩子最好的科学教育

来源 MIT

编译 七君

美国最大的核能研究所之一就在麻省理工学院里。

普通人一辈子也见不到的核反应堆，原来可以由学生党控制，而且在边上不需要穿防护服。这是怎么回事？一起来一探究竟吧。

在进入 MIT 的核反应堆之前，要先佩戴一个放射量测定器。接着，接待的小姐姐，同时也是反应堆监督员的 Sarah 出现了。

在进入之前，先把表示自己名字的灯打开，这样大家都知道 Sarah 进入了实验室。

Sarah 介绍说，反应堆实际上被拆分得很细。如果有什么零部件坏了或者需要更换，只需要单独预定就可以了。下面这个地方就相当于是商场的商品展示柜一样，需要更换的零件可以在里面挑选预定。

她说，从研究生一年级开始，她就开始在反应堆工作了。当时她是兼职的核反应堆操作员，毕业后就正式入职了。

核反应堆安全壳（containment building）是气密的，空气不能自由进出，当然这扇门也包括在内。

核反应堆安全壳内的气体都会经过预先设置的检测和过滤装置才能从大楼里出去，这能够保证没有放射性物质会被释放到大楼外的地方。

MIT 的这个核反应堆并不是用来发电的，而是做研究用的，会制造大量的中子，它的功率是美国大学里的第二大。

在大楼里有各种各样的空气质量监测仪，放射性监测仪，它们可以实时通告大楼里的辐射量。人类的身体不能感知辐射剂量，所以需要仪器帮忙。

比如这个仪器里的0.1就表示0.1毫雷姆/小时。在波士顿城里一天接受到的辐射剂量为1毫雷姆，辐射来源是宇宙射线以及大地里的花岗岩。所以，在核反应堆安全壳里呆10小时相当于在波士顿城里呆一天。

这个房间的距离和反应堆只有4米，但是辐射剂量却和大街上一样。

这多亏了防辐射混凝土。就是这个直径为1.6米的圆筒，它包裹着反应堆堆芯。它是由致密的混凝土做的，里面有金属冲屑、沙子和水，它们能吸收辐射，不是普通的水泥。

在这个蓝色的柱子里正在发生核裂变反应。

核燃料放置在堆芯里，铀235正在发生核裂变，产生中子，然后这些中子被其他铀235吸收，它们继续核裂变，射出更多中子。也就是说，所有的中子都来自这个蓝色的柱子里。

大家看到这位叫做 Paul 的叔，他正在把一些硅放到辐射装置里，使硅受到中子辐射，然后成为半导体。

硅受中子辐射怎么就会成为半导体呢？

硅本身并不是良导体，但是在接受中子辐射后，一些硅原子就会变成磷原子，这样硅柱就从不良导体变成了半导体，这个过程叫做掺杂（doping）。

半导体大家都很熟悉了，各种电子设备里都有半导体。不过，在反应堆里用中子辐射制造出的硅半导体更为精准，因此这里产生的硅半导体可以用在对质量要求更高的地方，比如飞机还有电网上。

现在来看看反应堆池吧。

在这里科学家们正在做实验，样品要放在堆芯里1000小时，接受中子辐射。

看到这个牌子了嘛，一般来说游客走到这里就不能再靠近了。

但是主持人有特殊的进入技巧。先要穿上塑料鞋套，然后戴上塑料手套。

最后把自己的口袋都封起来，这样口袋里的东西就不会掉到堆芯里了。

要知道有东西掉进去的话很难捞出来，而且可能会损伤堆芯，那麻烦可就大了。

我们来看一眼堆芯吧。可以从反应堆上面往下望哦。

堆芯是六角形的，它是由27个钻石形状的柱子形成的，每个柱子里都是核燃料。其中的一个柱子里还藏着一个圆柱体，这里面就是正在做实验的一种盐，未来它可能成为为核反应堆降温的物质。

核反应堆是测试材料性质的完美地点，因为它属于极端环境，放射性非常强，是进行压力测试的好地方。

看到这些科学家的头了么，他们的脑袋离堆芯只有3米远，而且这个核反应堆还没有盖子。

这些人还没死的原因是，3米深的水能够吸收中子，而且能够吸收反应的热量，把每秒几千雷姆的辐射降至每小时10毫雷姆的水平。

离开核反应堆，第一件事是把手套丢掉。把鞋套放回去。

这里是从反应堆里射出来的中子束，可以用它来做各种实验。比如把材料放在中子束上接受辐射。

图片里左边的 Gordon 正在和学生解释如何利用中子束做实验，这些学生可以在寝室里远程收集数据。

利用中子束，可以计算反应堆功率、材料吸收中子的程度、分子的形状等等。

下面这个叫做 Mike 的实验者正在用这个封闭的盒子做实验。这是一个防辐射的实验盒子，用它可以储存和操作反应堆里出来的具有辐射性的样品。

盒子里的辐射量是外面的3万倍。

他正在拆解刚才实验里的样品，也就是包着铬的碳化硅，它有望替代现有的核反应堆包壳材料。

再来另一个实验室看看。

这是实验员 Tom，他正在制造医用的放射性金。

他要拿一些金粒，把它们送到反应堆里接受中子辐射，出来的金子就具有辐射性了。再把这个金子送到医院里，医生就可以把它们注射到肿瘤里，杀死肿瘤细胞。

就像这样，金子从这里的管道进入反应堆，然后掉到右边的防辐射的盒子里。

现在我们进入整个反应堆的控制室看一看。

控制室里最重要的就是操作员，也就是 Sara。

Sara 是学生操作员。她和换班监督员 Paul 正在做启动检查，启动反应堆。

Sara 最喜欢的按钮就是这个按钮，是紧急关闭反应堆用的，只在测试的时候按过。

Sara 知道控制室里每一个按钮的功能。她现在是 MIT 大三的学生，但已经有资格控制 MIT 的核反应堆了。

Sara 介绍说，想要在核反应堆担任操作员的话，要先学习系统操作手册、技术指标、所有的警报和操作程序，然后要进行手把手的实地训练。最后，有一个美国核能管理委员会（NRC）的审查员会来考察 Sara。

她要在审查员面前开启和关闭核反应堆，还要回答一堆关于核反应堆的问题，最后还要通过一个关于安全程序、辐射保护、反应堆物理学的笔试。

Sara 已经通过了这些测试，目前她已经获得了政府颁发的执照，可以独立在控制室监控核反应堆了。

在出大楼前，先要在这个类似《星际迷航》周边的仪器上检测是否收到了核污染。

像这样站上去，然后把手插到2个检测口里，就可以知道是否被污染了。

如果身体某处的辐射稍大，就会像这样用胶带把带有辐射性的灰尘粘掉，换掉受污染的衣物，然后洗手。

这个是备用的辐射监测仪。

最后把放射量测定器还给 Sarah。Sarah 说，度数没有变化嘛。

对的，在 MIT 的池式反应堆安全壳里呆了一天，受到的辐射剂量小到放射量测定器不可检测。

提心吊胆了一天，结果这么刺激的吗？好想亲自去那里把头悬在反应堆池子上挑衅逃不出来的中子啊！凸( ??_?? )凸

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（本期编辑：王 芳）

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