中子弹是一种核弹，它对建筑和武器的破坏力非常小，对生物却有着极强的杀伤力。中子的作用不光是用于制造核武器，利用中子，我们可以看到X射线看不到的东西，甚至可以看到蛋白质是怎样运动的。同时，通过中子研究量子生物学有非常大的优势。什么是中子？如何获得中子？中子又是怎么帮助我们看透物质？

出品：格致论道讲坛

以下内容为中国工程物理研究院研究生院教授储祥蔷演讲实录：

如果大家学过初中物理，就会知道中子是原子核的重要组成部分，中子就是今天演讲的主角，它跟我们的生活息息相关。

中子与核武器

大家知道二战最后是美国第一个研制出原子弹，后来投向日本的广岛，然后二战结束。

其实，当时法国和德国也掌握了原子弹技术，而且德国的技术并不比美国弱，他们领导研究原子弹的科学家是大名鼎鼎的海森堡，量子力学的奠基人之一。

为什么德国掌握了技术，但是并没有像美国的曼哈顿计划那样成功研制出原子弹呢？

那是因为在研制过程中，需要反应堆让中子足够慢化，才能够生产出核原料。

让中子慢化的材料有两种，一种是重水，还有一种是碳。

从理论上来说，重水的慢化效果更好。

德国选择了重水，但是碳是更容易获得的，美国的第一个反应堆是由大科学家费米建造的，他用石墨作为慢化剂。

于是故事的结局出现了，德国的反应堆一直到二战结束都没有达到临界，也就是没有工作。

但是美国的反应堆很快达到了临界，造出了原子弹。

下面的历史大家都知道了。我们应该感谢中子，让我们现在生活在和平年代。

如果德国第一个研制出原子弹，这个世界真的难以想象。

战后我们九院（中国工程物理研究院）也研制出了原子弹和氢弹。

大家有没有听说过中子弹？

它其实也是一种核弹，但是和原子弹、氢弹不一样的是，它能够释放出大量的中子，而不是各种放射性物质。

这样的好处是，它能够把对建筑和武器的破坏力减到非常小，但对生物的杀伤力非常强。

中子弹所到之处，方圆十里片草不留。

中子弹更有利于实战，如果我们要缴获敌人的根据地和坦克，可以只把敌军杀死，但是把坦克和根据地完好保存。

中国的第一颗中子弹也是我们九院研制成功的。

中子的作用难道只是制造核武器吗？

二战后，大科学家费米开始考虑中子可不可以应用于科研，之后几十年，很多科学家致力于这方面的研究。

其中有两个科学家，一个叫Shull，一个叫Brockhouse，因为他们在中子散射方向做出了重大贡献，获得了1994年的诺贝尔物理学奖。

神奇的中子如何帮我们看透物质？

中子散射有很大的用处。这两张照片是分别用X射线和中子散射的方式给南北朝时期的同一个佛像拍摄的照片。

可以看出，我们用中子可以看到X射线看不到的东西——中子散射可以拍到佛像中间有一根柱子，但是X射线是看不到的。

这是因为中子不带电，所以它对物质的穿透力非常强，而且它对生命体比如说木头里面含有的碳、氢、氧这些元素更敏感。

利用中子的这个特性，我们可以研究南北朝时期佛像塑造的一些工艺。

还有一些其他的例子，比如我们可以利用中子的穿透性了解恐龙化石的三维结构。

上面这张图片是100多年前伦琴发现X射线时为他妻子的手拍的照片，圆环是戒指。因为戒指是金属做的，所以X射线透不过。

但是中子不一样，中子可以非常轻易地穿透金属。

比如含有水分的新鲜花朵，把它放在金属容器里，中子打过去，就能非常清楚地看到里面花的景象。

但是用X射线就会被金属的容器挡住。

所以这是中子相对于X射线的一些优点。刚才我说中子弹能够只伤害生命体，而不损害建筑，其实也是利用了中子的这一特点。

从科学的角度来说，X射线是跟物质里的电子发生作用。

像金属元素，它周围的核外电子非常多，X射线跟它们发生反应的概率更大，所以它能够看到金属或人体的骨头。

我们去医院照X光片，骨头就能够被看得很清楚。

中子不带电，可以直接和原子核相互作用，它反而可以和人体中富含的碳、氢、氧这些元素更好地发生反应。

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0310/595.html

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