60多年來，研究堆為世界提供了一個“萬能”工具，用于測試材料和推進科研，以及開發(fā)生產(chǎn)對診斷和治療疾病至關(guān)重要的放射性物質(zhì)。研究堆的設(shè)計種類繁多，應(yīng)用范圍非常廣泛，為幫助世界各國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標提供了社會經(jīng)濟效益。
迄今為止，世界上已經(jīng)建造了800多座研究堆。盡管多年來其中許多堆已經(jīng)關(guān)閉并退役，但在53個國家有224座堆仍在繼續(xù)運行。目前，有9座新研究堆在建設(shè)中，在過去10年，已經(jīng)建成了10多座。由于大多數(shù)研究堆都是在20世紀60和70年代建造的，因此當今世界一半可運行的研究堆已超過40多年，70%左右超過30年。
什么是研究堆
研究堆是主要用來產(chǎn)生中子的小型核反應(yīng)堆，不同于規(guī)模較大的發(fā)電用核動力堆。與核動力堆相比，研究堆的設(shè)計較簡單，運行溫度較低，所需燃料很少，因此產(chǎn)生的廢物也少得多。鑒于它們在研究和開發(fā)中的重要作用，許多研究堆都建在大學校園和研究院所。
研究堆的功率以兆瓦（MW）計，1兆瓦等于100萬瓦特，瓦特為功率單位。研究堆的輸出功率從0兆瓦（例如臨界裝置的輸出功率）到200兆瓦不等，這與大型核動力堆機組的3000兆瓦（也表示為電功率1000兆瓦）對比相形見絀。然而，大多數(shù)研究堆的輸出功率低于1兆瓦。
如何利用研究堆
與動力堆不同，研究堆還非常適合于教育和培訓。這是因為它們不那么復雜，其系統(tǒng)和總體設(shè)計簡單，讓人易于接近，從而使得其能夠安全地模擬不同的反應(yīng)堆工況，可用來培訓反應(yīng)堆操作員、核設(shè)施維護和運行人員、輻射防護人員、監(jiān)管人員、學生和研究人員等。
研究堆的特殊用途
1932年物理學家詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)中子后，人們開始了對中子的研究。到20世紀50年代中期，中子在研究中的用途越來越廣泛，特別是研究人員開始應(yīng)用中子散射技術(shù)之后。
中子散射是一種分析技術(shù)，用于了解固體和凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和行為。當中子與物質(zhì)中的原子相互作用時，它們的能量和其他性質(zhì)可能會改變，這些變化可以用來研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動力學。中子的性質(zhì)也使它們特別有助于研究氫、大的和小的物體，以及其他形形色色的材料，包括磁性材料。這對于了解骨骼如何自我修復、研究大腦中的蛋白質(zhì)、改進電池和研制磁體等都很有用。
在進行材料分析時，往往將中子和X射線結(jié)合使用，因為它們可提供互補的信息。中子對較輕的元素（特別是對水中的氫和生物材料）敏感，而X射線對較重的元素（如鋼中的鐵）更敏感。將中子和X射線技術(shù)結(jié)合起來，可以獲得對樣品或物質(zhì)中所有成分的更高靈敏度。
利用中子進行材料研究和材料開發(fā)有助于科學理解和發(fā)展各種領(lǐng)域的技術(shù)，從電子學到醫(yī)學，以及極端條件下的建筑材料，如太空和核電站中的工作設(shè)備。
研究堆提供的中子還可以用來幫助研究人員表征文化遺產(chǎn)對象，如繪畫和紀念碑。基于中子的技術(shù)可以區(qū)分藝術(shù)品中使用的不同類型的材料（如顏料），以及人工制品（如巖石）的元素組成和紋理，允許研究人員在不損壞物體的情況下對其進行研究，這些方法被稱為“無損檢測”。
中子輻照還可以用來創(chuàng)造具有有用性質(zhì)的新材料。例如，用中子輻照硅改變其電導率，以用于高功率應(yīng)用半導體。
研究堆也用于放射性同位素生產(chǎn)。放射性同位素是不穩(wěn)定的元素，通過經(jīng)歷放射性衰變而恢復穩(wěn)定，它們在衰變過程中釋放出各種輻射，這些輻射可用在醫(yī)療或工業(yè)方面。放射性同位素最常見的用途之一是診斷和治療癌癥和心血管疾病等健康問題，醫(yī)療上應(yīng)用最廣泛的放射性同位素是锝-99m，它是用放射性同位素鉬-99生產(chǎn)的，用于診斷成像。
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