对于⾥德学院的学⽣来说,反应堆是⼀个被保护在泡泡⾥的乌托邦。它获得⾥德学院的全⼒资助,不必依赖外部资⾦,学⽣们可以只考虑申请的研究是不是他们想要做的,有时甚⾄能够拒绝⼀些他们不想承接的项⽬。
站在⽔池边,关上了灯。埃利斯身边,⼏名⼥⾼中⽣⽬瞪⼝呆地看向⽔池底部突然出现的蓝⾊辉光——核反应堆堆芯发出的切伦科夫辐射,穿透⽔⾯映⼊了每个⼈的视⽹膜。
⾥德学院是⼀所位于美国俄勒冈州波特兰市的⽂理学院,这所仅招收本科⽣的⼩型⾼校因为⼀座1968年建成的核反应堆变得独⼀⽆⼆:⾥德研究反应堆是美国乃⾄世界唯⼀⼀座全部由未毕业的本科学⽣控制的核反应堆。
⾥德学院成⽴于1908年,校园中爬满常春藤的哥特式砖砌建筑与邻近树⽊繁茂的峡⾕⼀起,营造出了⽜津式的古典校园环境。在这所⼤学⼀个不起眼的混凝⼟加砖⽯结构的单层建筑中,隐藏着世界上为数不多的开放式反应堆 RRR,参观者可以透过⽐饮⽤纯净⽔还要纯净1万倍的冷却⽔,看到堆芯中的燃料矩阵,以及核反应标志性的切伦科夫光芒。
1960年代初期,该校化学家亚瑟·斯科特提出了“建造⼀个属于学校的反应堆”的想法,但是遭到了⼀些⼯作⼈员的抵制。他们认为⼀个没有⼯程系的⽂理学院应该把经费花在⺠族研究、⽀持有⾊⼈种学⽣等更有意义的事情上。但斯科特坚持认为,核反应堆对于学⽣的⼈⽂教育⾄关重要。最终,校⽅花费了32.1万美元,在1968年建成了⾥德反应堆。
RRR属于⾮动⼒“TRIGA”研究型反应堆,这种类型诞⽣于⼆战结束后不久,由通⽤原⼦公司设计和制造。RRR的堆芯被9.5万升冷却⽔包围,80根燃料棒组成了⼀个圆形⽹格阵列,在启动时的蓝⾊光芒中看上去像是⼀个密密麻麻的蜂窝。这些由氢化锆和氢化铀制成的燃料棒,每⼀根都含有质量占⽐8%的浓缩铀-235。
现在,这座货真价实的核反应堆拥有34名操作员,他们全部都是⾥德学院还未毕业的本科⽣,平均年龄只有20岁。唯⼆给年轻的RRR团队拖后腿的,⼀个是反应堆主任杰⾥·纽豪斯,另⼀个就是运营经理托利亚·埃利斯,他们两⼈都是⾥德学院的教职⼯。
⽤核物理学解释RRR⾥发⽣了什么,其实⾮常简单:当中⼦达到⼀定速度后,就会令铀-235的原⼦核裂变,释放出更多的中⼦。这时位于堆芯外层的⽯墨环会将这些中⼦反射回堆芯,并将它们的速度“减缓”到合适的程度,令更多的铀-235原⼦核分裂,从⽽产⽣更多的中⼦。
按照国家实验室的标准,⾥德学院的反应堆只是⼀个玩具。其250kW的功率仅为法国劳厄-朗之万研究所⾼通量核反应堆的1/240,美国橡树岭国家实验室反应堆的1/340。学⽣们甚⾄开玩笑说,RRR产⽣的热量只能⽤来炒鸡蛋。
实际上,⾥德反应堆的真正⻆⾊是⼀台实验仪器,研究者可以利⽤它产⽣的中⼦轰击实验样品,对其物质元素成分进⾏活化分析,既可以确定不明污染物的成分,还能帮助判定材料来源。RRR配备有⼀个能够放置实验样品的旋转⽀架,还有两种中⼦发射装置,能够实现⻓时间或短时间曝光。当中⼦轰击样品时,组成样品的元素粒⼦会产⽣放射性同位素,在隔壁的放射化学实验室测得这些同位素的半衰期,就能帮助研究者辨别样品中的元素成分。
RRR吸引了波特兰市的⼤学⽣、研究⽣乃⾄当地的企业机构,他们带来了各种各样的测试样品。⼀名⾥德的本科⽣尝试⽤RRR的中⼦束照射中国丝绸之路出⼟的陶器碎⽚和⼟壤样本,想要追溯其制造地点。另⼀名学⽣则把⽤过的指甲钳送上了反应堆的样品⽀架,并且通过分析其上的⻩⾦痕迹成功辨别出使⽤者的婚戒戴在了哪根⼿指上。
还有⼀位波特兰的⽛医寄来了补⽛材料,想知道它是不是真的像账单上说的那样是银制的——实验的结果有惊⽆险,被中⼦轰击的补⽛材料产⽣了两种半衰期分别为25s和144s的银同位素,虽然⽆害,但实验室⾥所有的辐射监测仪都被触发,把学⽣们吓了⼀跳。
让还没毕业的本科⽣控制核反应堆听起来有些不靠谱,但⾥德学院要求,RRR的所有学⽣操作员都必须先学习⼀系列物理学课程,完成为期⼀年的培训并通过美国核能管理委员会的严格考试,才被允许上岗。RRR接受的监管也和美国其他反应堆⼀样严格。
不过,⾥德学院的反应堆曾在1991年因不明原因的泄漏事故关停了⼀段时间。当时RRR正在为三个项⽬照射样品:⼀个是在沉积物中寻找硒的⾼中研究项⽬,⼀个是研究俄勒冈州温泉地质样本的硕⼠课题,还有⼀个是测试空⽓过滤器样品的博⼠课题。实验过程中,少量⽓态裂变产物意外泄漏,导致反应堆被关闭。遗憾的是,直到RRR重新开启,监管机构也没有找到泄漏原因。最后,反应堆被允许恢复正常运⾏,并且再未出现泄漏事故。
对于⾥德学院的学⽣来说,RRR是⼀个被保护在泡泡⾥的乌托邦。反应堆得到了⾥德学院的全⼒资助,这意味着它不必依赖外部资⾦,学⽣们可以只考虑申请的研究是不是他们想要做的,有时甚⾄能够拒绝⼀些他们不想承接的项⽬。
更为梦幻的是,在学⽣操作员中,仅有半数⼈来⾃理⼯科专业,还有近半是主修经济学、哲学、艺术专业等⾮STEM专业的学⽣。就连RRR的现任主任纽豪斯也拥有⼀个历史学学位。
他们每个⼈都能够操纵复杂设备,在⼀个跨学科团队中参与科学项⽬,熟悉和了解科学世界的价值观。在RRR团队中,学⽣们在操作反应堆的同时阅读荷⻢和康德,表演莎⼠⽐亚和布莱希特,研究种族和性别问题,任何关闭反应堆的压⼒都不会来⾃政客或反核活动组织,⽽必须来⾃⾥德学院的校董会。