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超级能源——反物质
最近,欧洲粒子物理实验室的科学家们,在使用低能反质子球形加速器做实验时,生成一种反物质元素——一束疾速消逝的反氢原子,证明了反物质的真实存在和可以在实验室中生成,为反物质的实际应用展示了可喜的前景。
反物质是物质的镜像,是一种客观存在的实体。大家知道,物质是由原子组成的,原子又是由质子、中子和电子组成。质子带正电,电子带负电,中子不带电,可是有一定的磁性。所谓物质的镜像,就是还有一种质子是带负电的,叫做反质子;还有一种电子是带正电的,叫做反电子;也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的反中子。这些反质子、反电子、反中子,统称为反物质。反物质和物质真是“水火不相容”,一旦相遇,就会相互吸引,两种物质就会通过碰撞而全部转化为光。科学家研究指出,一克反物质与一克物质相互吸引,就会通过碰撞而湮灭,两种物质碰撞而湮灭时释放出的能量,相当于世界上最大的水电站12个小时发出的能量。
实验表明,一个质子和一个反质子接近到十亿分之一微米时,只需10~23秒的时间,就会相互湮灭,按照爱因斯坦的质能转换理论,它们的质量完全转变为能量了。因此,在通常的物质中没有发现过反物质,即使在实验条件下,反质子也是一瞬即逝的。1956年,为了目睹反质子的尊容,科学界动员了大量科研人员,耗费巨资,建造了方圆数公里的加速器,使用多种设备,终于将这对“反目成仇的兄弟”拉开了,成功地捕获了反质子。反质子的产生,震动了科学界,使科学家知道反物质的存在,引起了科学家对反物质应用研究的极大兴趣。反物质是最理想的恒星际宇宙飞船的能源。据科学家计算,只需一粒盐大小的10毫克反质子,就能产生相当于200吨化学液体燃料推进剂,可轻而易举地将巨型航天器送上太空。科学家设想造一艘光子飞船,头部装一面巨大的凹面反射镜,飞船开动时,燃料库中的正物质和反物质分别被输送到凹面镜前面,在那里接触,转化为强烈无比的光,反射出去,就像气体从火箭喷口喷出一样,产生强大的反作用力,推动飞船前进,到恒星际的宇宙中去漫游。反物质又是诊病治病的能手。在医疗成像技术中,有一种类似CT的扫描,叫正电子辐射断层照相术,它的射线源就在体内,这种利用反物质的发射式照相,能提供人体生理及化学的真实信息,准确地诊断病情。由于反质子能量释放的速度和从体内逸出的速度可以人为控制,因此,用反质子产生的光束可代替X射线治疗癌症,能不偏不倚地击中癌瘤,大大减轻周围组织的损害程度,有效地治癌。
科学家还研究用反质子给工业材料诊治“病症”,叫无损探测。它利用反物质与物质碰撞会产生热量使材料温度升高的特性,起到消除材料内部疵伤和缺陷的奇异功效。
然而,要使反物质获得实际应用,还必须克服许多困难。要知道,反物质是在反质子环形加速器中生成,现在每年作这方面研究大约生产了1014~1015个低能反质子,而这些反质子所占体积还不足一个小数点的三万分之一。显然,要想得到一克反物质,不仅技术上难度很大,而且至少要花10亿美元的生产费用。再说,目前所有的储藏用具都是正物质做的,即使生产出较多的反物质,又怎样才能保存和运输呢?可是,科学家依然信心十足,他们认为,反物质在未来可能是一种具有巨大爆炸力的炸药;将反物质悬挂在电磁铁制成的集装箱中,就可运送到所需的地方去;它将为科学的进一步发展开辟新的途径。
(选自《科学大观园》1996年5期)
对“反物质”的表述正确的一项是
A.所谓“反物质是物质的镜像”,意思是“反物质”虽然在物质世界客观存在,但其并不具物质实体。 |
B.物质中存在一种带正电的质子反质子,带负电的电子反电子,还存在磁性与通常所说的中子相反的反中子,把这些反质子、反电子、反中子统称为“反物质”。 |
C.“反物质”存在形式独特,它已不属于物质的范畴,“物质世界”的叫法从此改变了。 |
D.“反物质”与物质不能共存,一旦相遇,就会发生碰撞而湮灭,同时释放出能量。 |
下面的说法正确的一项是
A.科学界于1956年捕获的反物质,是最早捕获到的“反物质”。 | |
B.1克反物质与1克物质通过碰撞而湮灭时,所释放的能量大于200吨液体燃料的推进剂。 | C.一个质子和一个反质子只有接近到十亿分之一微米时才能相互湮灭。 |
D.光子飞船头部的凹面镜,主要是防止反物质与其他物质相互湮灭。 |
根据原文,下列推断不正确的一项是
A.将“反物质悬挂在电磁铁制成的集装箱中运送”,是为了避免反物质与物质之间发生相互湮灭。 |
B.“反物质”得到实际应用,还存在生产技术上的、经费上的以及保存和运输上的困难。 |
C.据科学家研究,“反物质”这种超级能源可以运用到工业生产、医疗、航天、战争、生物合成等领域。 |
D.“反物质”一旦得以广泛应用,可以在一定程度上缓解人类因能源短缺带来的巨大压力。 |