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解密《钢铁侠2》的科学事实:创造新元素

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扩展Tips... 人造元素是怎么造出来的?
核反应。 当你要合成新元素时,基本思路就是你要有靶元素(Target atom),还要准备一束其他元素(即束原子,Beam atom)轰击靶元素。有时,原子流....

托尼·斯塔克在自家就建了个粒子加速器,看起来有些不可思议吗?其实它比你想象的要更容易实现点。

钢铁侠托尼·斯塔克胸前的方舟反应堆以及周身的超强铠甲都是通过钯元素来提供能量,钯元素在赋予他超级能力的同时,也会慢慢渗入他的血管,最终杀死他。但这位语速飞快的工业奇才已经翻遍了元素周期表,也找不出一种比钯更安全的替代元素。斯塔克唯一的选择就是去创造一种新元素,他利用一些金属管在自己的工作室中搭建了一台用以创造新元素的粒子加速器。当斯塔克拧开开关,使两束光线相互碰撞,形成第三束光使,他使用一把扳手将这束光线导入全新的方舟反应堆中,同时也毁掉了工作室的外墙。对于托尼·斯塔克来说,制造过程看起来好像并不复杂,那么,对现实世界来说,它又如何呢?

“因为有大型强子对撞机的缘故,所以粒子加速器在这个时代也并非稀罕物,”布鲁克海文国家实验室对撞机-加速器部的物理学家托德·萨托吉塔说。“至于媒体对粒子加速器描绘,有好的一面,也有不好的一面。”

萨托吉塔介绍说,粒子加速器是用来将中子、质子和其他亚原子微粒加速到很高的速度再进行碰撞的机器,它们的确能产生新粒子——这种事件每五年或十年发生一次,但同《钢铁侠2》中所描绘的并不完全一致。“将微粒打碎后,某些时候足够多的碎片会再结合起来形成新的原子核,当这个原子核重到足够稳定时,一种新元素就被创造出来了,”萨托吉塔说。“但实际上新元素不可能真正稳定下来。大多数被创造出来的新元素在衰变以前只能存在十亿分之一秒。”由于这种不稳定性,人类很难做到像斯塔克那样将新元素储存在他的方舟反应堆中,再说电影中它们还需以接近光速被移动。

如果说制造新元素不太可能的话,那么像托尼·斯塔克那样在自己家中或小实验室中建造一台粒子加速器可行吗?答案也许会吓你一跳,“有人就这样干过,”萨托吉塔说。“实际上,搞不好你可以建个袖珍型的。”(一个有趣的事实:第一台粒子加速器被称为回旋加速器,它的直径只有12厘米——小到可以用手提起来)要制造这样的机器,你需要一根被抽成真空的电子束管,磁铁可以被用来弯曲带电粒子束,射频振荡器或射频共振腔则是用来加速粒子。“要想达到电影中那样的规模,斯塔克可能需要很大的磁铁——但我并没有在电影中看到任何磁铁,”萨托吉塔表示。“这有点不现实,除非他用上了非常非常强的磁铁。”电影中也没有出现任何加速粒子的装置,但萨托吉塔认为射频共振腔可能被摆在了画面之外。

但加速器建好后,如何为其供能又是个问题。布鲁克海文实验室中的超导碰撞器长达4公里,需要10到15兆瓦的电能,这是10000到15000户家庭用电的总和。“斯塔克要想开动他的加速器,就必须得跟自己的电力公司事先通下气,要么干脆就在自家的后院建个应急的发电站,”萨托吉塔说。“但话说回来,斯塔克在胸前能安个小型反应堆为钢铁侠套装供能,那分点能量来开动粒子加速器想必也不成问题。在钢铁侠的神话中,我认为这不是什么疯狂的想法。”

但萨托吉塔也表示说,电影中有两件事太过于疯狂:首先,斯塔克不可能与加速器待在同一间屋子里,那样他将暴露在极强的辐射之下;其次,生成的元素束不可能只朝一个方向前进。“想象一下,当两辆汽车彼此碰撞时,所有的碎片是都飞到一边,还是一地都是?”他问道。“如果物体迎头互碰,飞出的部分通常不可能都飞到一边。电影中,斯塔克在将两束粒子流对碰时,所有的粒子束都向一个方向前进了。这违反了动量守恒定律,这是个比较严重的错误,动量守恒人类已经适用了400年。另外,如果斯塔克用些多余的磁铁将粒子束集中起来发射出去,我还觉得有点可信度,但仅凭一把扳手肯定是做不到的。”

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