我們的宇宙中有118種元素，它們的原子核由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子帶正電，中子不帶電，它們通過(guò)強(qiáng)相互作用粘在一起，形成原子核。但是，質(zhì)子之間也有靜電斥力，當(dāng)原子核的質(zhì)子數(shù)太多時(shí)，它們就會(huì)抵消強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致原子核不穩(wěn)定，發(fā)生衰變或裂變。所以，我們不能隨便把質(zhì)子堆在一起，就能制造出更重的元素。那么，我們?cè)趺床拍苤圃斐龈氐脑啬兀?/p>

一個(gè)辦法是用中子。中子不帶電，所以它們不會(huì)受到靜電斥力的影響，它們可以輕易地進(jìn)入原子核，和質(zhì)子結(jié)合，形成更重的同位素。這就是中子俘獲，它是核合成的一種方式。如果中子俘獲的速度足夠快，就可以超過(guò)原子核的衰變速度，從而制造出一些非常稀有的重元素。這些元素在自然界中幾乎不存在，因?yàn)樗鼈兊陌胨テ谔蹋芸炀蜁?huì)衰變掉。但是，它們?cè)诤朔磻?yīng)堆和核武器中有重要的應(yīng)用，所以人們一直想找到一種有效的方法來(lái)合成它們。

但是，這種中子俘獲的核反應(yīng)，并不是那么容易實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)?，要讓原子核吸收中子，我們首先需要有一個(gè)強(qiáng)大的中子源，就是能夠產(chǎn)生大量中子的裝置。而且，這些中子還要有足夠的能量，才能夠打破原子核的屏障，進(jìn)入原子核內(nèi)部。這就需要我們有一個(gè)高能的中子束，就是能夠?qū)⒅凶蛹铀俚胶芨叩乃俣鹊难b置。而且，這些中子還要有足夠的密度，才能夠和原子核發(fā)生足夠多的碰撞，從而增加中子俘獲的概率。

那么，這樣的中子源，我們有嗎？答案是，目前還沒(méi)有。我們現(xiàn)在能夠產(chǎn)生中子的主要方式有兩種：一種是用核反應(yīng)堆，就是利用核裂變產(chǎn)生的中子，再用一些物質(zhì)來(lái)減慢中子的速度，使其適合進(jìn)行中子俘獲。另一種是用粒子加速器，就是利用高能的質(zhì)子或電子束轟擊一些物質(zhì)，產(chǎn)生中子，再用一些物質(zhì)來(lái)聚焦中子束，使其適合進(jìn)行中子俘獲。

這兩種方式，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。核反應(yīng)堆的優(yōu)點(diǎn)是，能夠產(chǎn)生持續(xù)的中子源，而且中子的能量比較低，更容易被原子核吸收。但是，核反應(yīng)堆的缺點(diǎn)是，中子的流強(qiáng)和密度都比較低，而且核反應(yīng)堆的安全性和環(huán)境影響都是需要考慮的問(wèn)題。粒子加速器的優(yōu)點(diǎn)是，能夠產(chǎn)生高能、高流強(qiáng)、高密度的中子束，而且粒子加速器的控制性和靈活性都比較好。但是，粒子加速器的缺點(diǎn)是，中子的能量比較高，更難被原子核吸收，而且粒子加速器的體積和成本都比較大，而且只能產(chǎn)生脈沖式的中子源。

那么，有沒(méi)有一種新的方式，能夠克服這些困難，產(chǎn)生一個(gè)更理想的中子源呢？這就是我們今天要講的主題：用激光制造中子源。激光可以產(chǎn)生中子的原理很簡(jiǎn)單。就是利用激光的強(qiáng)電場(chǎng)，加速一些帶電的粒子，比如電子或質(zhì)子，然后讓這些粒子撞擊一些物質(zhì)，產(chǎn)生中子。

這就相當(dāng)于用激光作為一個(gè)微型的粒子加速器，只不過(guò)比傳統(tǒng)的粒子加速器更小、更快、更強(qiáng)。這種用激光產(chǎn)生中子的方法，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中得到了驗(yàn)證，而且隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光產(chǎn)生的中子的能量、流強(qiáng)和密度，都有望達(dá)到或超過(guò)傳統(tǒng)的粒子加速器的水平。所以，激光可能是一種非常有前途的中子源，能夠?yàn)橹凶臃@提供一個(gè)新的平臺(tái)。

那么，用激光制造重元素，具體是怎么做的呢？一篇最近發(fā)表在《物理評(píng)論C》上的論文，對(duì)用激光制造重元素的可行性，做了一個(gè)定量的研究。他們的思路是這樣的：首先，他們選擇了一種特殊的激光，叫做超強(qiáng)激光。這種激光，能夠產(chǎn)生非常高能的電子束。然后，他們讓這些電子束撞擊一些重金屬的靶材，比如鉛、鉍、鈾等等。

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這些重金屬，本身就含有很多的中子，當(dāng)它們被電子束轟擊的時(shí)候，就能夠產(chǎn)生很多的中子。最后，他們讓這些中子源照射一些輕元素的靶材，這樣他們就能夠?qū)崿F(xiàn)一種連續(xù)的中子俘獲的過(guò)程，就是一個(gè)原子核不斷地吸收中子，從而不斷地增加原子核的質(zhì)量數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)新的同位素。這種連續(xù)的中子俘獲，能夠制造出一些比原來(lái)的元素更重的同位素，甚至是一些超重元素，就是那些原子序數(shù)超過(guò)92的元素，比如钚、錒、鋦等等。