超级探针！我们能看到微观世界的极限在哪里？
超级探针！我们能看到微观世界的极限在哪里？
我们能看到的微观世界的极限在哪里？光学显微镜能看到的极限是 0.2 微米，电子显微镜的极限是 0.08 纳米。但要了解物质内部原子和分子尺度的结构，我们需要更强大的工具——中子散射技术。
在广东省东莞市松山湖，有一座依山而建的白色建筑群，这就是中国散裂中子源（CSNS）。这是一座探索微观结构的超级大科学装置，它使用中子作为观察微观世界的工具。
为什么选择中子？
物质是由原子组成的，原子又由原子核和核外电子组成，而原子核则是由质子和中子组成的。中子具有以下特点：
- 体积小
- 质量大
- 不带电
这些特性使得中子能够轻松穿透物体而不会产生破坏。当它穿过被研究的样品时，可以不受阻碍地靠近样品原子核，发生碰撞并散开。
想象一下，有一张我们看不见的网，如果我们不断地向它扔出小球，有的球会穿网而过，有的则会被网绳弹射回来。通过计算分析每个小球的轨迹，我们可以还原这张网的结构。
同样，通过分析中子穿过样品时发生散射的轨迹，科学家可以重建样品分子和原子的位置关系，并通过计算中子散射时速度和能量变化，反推物质的微观运动。因此，中子就成为探测微观世界的超级探针。
中国散裂中子源的工作原理
中国散裂中子源是通过将质子加速到接近光速，去轰击金属钨，来产生大量中子的。钨是一种原子序数较大的元素，原子序数越大，用它来做轰击的靶子，产生的中子数量也就越多。
每个中高能的质子轰击钨靶时，可以释放 20 至 40 个可用的中子。被轰击出来的中子产生的中子束流，即将进入下游的谱仪，开始发挥自己强大的观察微观世界的能力。
谱仪的作用
谱仪，其实就是科学家们使用中子来观察样品结构的实验站。这些不同颜色的巨型腔体就是谱仪，每种颜色代表一条谱仪，每条谱仪就是一台超级显微镜，不同的谱仪可以进行不同的实验，可以是化学的，物理的，或者是材料科学的等等。
来自于南方科技大学的实验人员正在通过中子测试锂电池材料的结构。通过分析这些数据，可以知道锂电池材料的微观结构，也就是电池材料里面原子是如何排列的，建立这些原子排列信息和电池性能的关系，进而提升电池的充电性能。
结语
通过中国散裂中子源这枚超级探针，让我们在材料结构的微观世界中看得更清，探索得更远。