物质的微观结构决定其宏观性质。为了探测更微小的物质结构,科学家利用散裂中子源,实现了更加精细化的成像效果。中子是组成原子核的微粒之一(如图甲所示),由于它不带电,不受物质内部电荷间相互作用力的影响,因此中子的穿透力非常强。当中子通过物质内部时,它能更靠近原子核。于是,中子便成为科学家探索微观世界的理想探针。
散裂中子源主要由加速器、靶站和中子谱仪三部分组成(如图乙所示)。加速器的作用是将质子进行加速,用高速质子去轰击靶站里金属物质的原子核,从而产生高速中子流。这些高速中子流射向待测样品,与其中的原子核发生碰撞而散射出去,这时中子流的运动轨迹、能量和动量就会发生变化。于是,科学家通过分析这些物理量的变化,就能探测出物质的微观结构①。这就好比向一张看不见的网上②扔很多弹珠,有的弹珠穿网而过,有的则打在网上弹向不同的方向,根据这些弹珠的运动轨迹就能描绘出这张网的形状。这种将不便于直接测量或观察的现象,用它的外显特征或产生的效应来反映的做法,是一种重要的科学研究方法。
随着我国散裂中子源的建成和开放运行,它已经帮助我国科学家攻克了许多关键的核心技术,未来它还会在物理、新能源、材料科学、化学化工、资源环境、生命科学等方面发挥更多更重要的作用。
请根据以上材料,回答下列问题:
研究对象 | ① | ②看不见的网的形状 | ③ |
可观测到的现象 | 中子流的运动轨迹、能量和动量 | 电流的大小 |