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來源 | 科研圈（ID：keyanquan）
裡德學院核反應堆藍色的切倫科夫輻射 | Toria Ellis
編譯 菡萏
託利亞·埃利斯（Toria Ellis）站在水池邊，關上了燈。埃利斯身邊，幾名女高中生目瞪口呆地看向水池底部突然出現的藍色輝光——核反應堆堆芯發出的切倫科夫輻射，穿透水面映入了每個人的視網膜。
裡德學院（Reed College）是一所位於美國俄勒岡州波特蘭市的文理學院，這所僅招收本科生的小型高校因為一座 1968 年建成的核反應堆變得獨一無二：裡德研究反應堆（Reed Research Reactor, RRR）是美國乃至世界唯一一座全部由未畢業的本科學生控制的核反應堆。
獨一無二的反應堆
裡德學院成立於 1908 年，校園中爬滿常春藤的哥特式磚砌建築與鄰近樹木繁茂的峽谷一起，營造出了牛津式的古典校園環境。在這所大學一個不起眼的混凝土加磚石結構的單層建築中，隱藏著世界上為數不多的開放式反應堆 RRR，參觀者可以透過比飲用純淨水還要純淨 1 萬倍的冷卻水，看到堆芯中的燃料矩陣，以及核反應標誌性的切倫科夫光芒。
裡德學院校園|Leah Nash
1960 年代初期，該校化學家亞瑟·斯科特（Arthur Scott）提出了“建造一個屬於學校的反應堆”的想法，但是遭到了一些工作人員的抵制。他們認為一個沒有工程系的文理學院應該把經費花在民族研究、支援有色人種學生等更有意義的事情上。但斯科特堅持認為，核反應堆對於學生的人文教育至關重要。最終，校方花費了 32.1 萬美元，在 1968 年建成了裡德反應堆。
RRR 屬於非動力“TRIGA”研究型反應堆，這種型別誕生於二戰結束後不久，由通用原子公司設計和製造。RRR 的堆芯被 9.5 萬升冷卻水包圍，80 根燃料棒組成了一個圓形網格陣列，在啟動時的藍色光芒中看上去像是一個密密麻麻的蜂窩。這些由氫化鋯和氫化鈾製成的燃料棒，每一根都含有質量佔比 8% 的濃縮鈾-235。
現在，這座貨真價實的核反應堆擁有 34 名操作員，他們全部都是裡德學院還未畢業的本科生，平均年齡只有 20 歲。唯二給年輕的 RRR 團隊拖後腿的，一個是反應堆主任傑裡·紐豪斯（Jerry Newhouse），另一個就是運營經理託利亞·埃利斯，他們兩人都是裡德學院的教職工。
玩具？工具？
用核物理學解釋 RRR 裡發生了什麼，其實非常簡單：當中子達到一定速度後，就會令鈾-235 的原子核裂變，釋放出更多的中子。這時位於堆芯外層的石墨環會將這些中子反射回堆芯，並將它們的速度“減緩”到合適的程度，令更多的鈾-235 原子核分裂，從而產生更多的中子。
按照國家實驗室的標準，裡德學院的反應堆只是一個玩具。其 250 kW 的功率僅為法國勞厄-朗之萬研究所（ILL）高通量核反應堆的 1/240，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）反應堆的 1/340。學生們甚至開玩笑說，RRR 產生的熱量只能用來炒雞蛋。
實際上，裡德反應堆的真正角色是一臺實驗儀器，研究者可以利用它產生的中子轟擊實驗樣品，對其物質元素成分進行活化分析，既可以確定不明汙染物的成分，還能幫助判定材料來源。RRR 配備有一個能夠放置實驗樣品的旋轉支架，還有兩種中子發射裝置，能夠實現長時間或短時間曝光。當中子轟擊樣品時，組成樣品的元素粒子會產生放射性同位素，在隔壁的放射化學實驗室測得這些同位素的半衰期，就能幫助我們辨別樣品中的元素成分。
RRR 吸引了波特蘭市的大學生、研究生乃至當地的企業機構，他們帶來了各種各樣的測試樣品。一名裡德的本科生嘗試用 RRR 的中子束照射中國絲綢之路出土的陶器碎片和土壤樣本，想要追溯其製造地點。另一名學生則把用過的指甲鉗送上了反應堆的樣品支架，並且透過分析其上的黃金痕跡成功辨別出使用者的婚戒戴在了哪根手指上。還有一位波特蘭的牙醫寄來了補牙材料，想知道它是不是真的像賬單上說的那樣是銀製的——實驗的結果有驚無險，被中子轟擊的補牙材料產生了兩種半衰期分別為 25s 和 144s 的銀同位素，雖然無害，但實驗室裡所有的輻射監測儀都被觸發，把學生們嚇了一跳。
定時炸彈還是烏托邦
讓還沒畢業的本科生控制核反應堆聽起來有些不靠譜，但裡德學院要求，RRR 的所有學生操作員都必須先學習一系列物理學課程，完成為期一年的培訓並透過美國核能管理委員會（NRC）的嚴格考試，才被允許上崗。RRR 接受的監管也和美國其他反應堆一樣嚴格。
不過，裡德學院的反應堆曾在 1991 年因不明原因的洩露事故關停了一段時間。當時 RRR 正在為三個專案照射樣品：一個是在沉積物中尋找硒的高中研究專案，一個是研究俄勒岡州溫泉地質樣本的碩士課題，還有一個是測試空氣過濾器樣品的博士課題。實驗過程中，少量氣態裂變產物意外洩露，導致反應堆被關閉。遺憾的是，直到 RRR 再次重開，監管機構也沒有找到洩露原因。最後，反應堆被允許恢復正常執行，並且再未出現洩露事故。
對於裡德學院的學生來說，RRR 是一個被保護在泡泡裡的烏托邦。反應堆得到了裡德學院的全力資助，這意味著它不必依賴外部資金，學生們可以只考慮申請的研究是不是他們想要做的，有時甚至能夠拒絕一些他們不想承接的專案。
RRR 的運營經理託利亞·埃利斯（Toria Ellis，左），以及學生操作員 Meng-Wei Chen（右） |Michelle O’Shea; Jerry Newhouse
更為夢幻的是，在學生操作員中，僅有半數人來自理工科專業，還有近半是主修經濟學、哲學、藝術專業等非 STEM 專業的學生。就連 RRR 的現任主任紐豪斯也擁有一個歷史學學位。他們每個人都能夠操縱複雜裝置，在一個跨學科團隊中參與科學專案，熟悉和了解科學世界的價值觀。在 RRR 團隊中，學生們在操作反應堆的同時閱讀荷馬和康德，表演莎士比亞和布萊希特，研究種族和性別問題，任何關閉反應堆的壓力都不會來自政客或反核活動組織，而必須來自裡德學院的校董會。
主要來源：
https://physicsworld.com/a/reed-college-the-only-place-in-the-us-where-students-get-to-run-a-real-nuclear-reactor/
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