这是世界唯一由本科学生控制的核反应堆，他们平均年龄只有20岁
里德学院核反应堆蓝色的切伦科夫辐射（图片来源：Toria Ellis）
来源 | 科研圈（id：keyanquan）
编译 | 菡萏
独一无二的反应堆
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。
里德学院校园 来源：Leah Nash
1960 年代初期，该校化学家亚瑟·斯科特（Arthur Scott）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民族研究、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（Jerry Newhouse），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 250 kW 的功率仅为法国劳厄-朗之万研究所（ILL）高通量核反应堆的 1/240，美国橡树岭国家实验室（ORNL）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，里德反应堆的真正角色是一台实验仪器，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，能够实现长时间或短时间曝光。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，就能帮助我们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黄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。
定时炸弹还是乌托邦
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（NRC）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 年因不明原因的泄露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露，导致反应堆被关闭。遗憾的是，直到 RRR 再次重开，监管机构也没有找到泄露原因。最后，反应堆被允许恢复正常运行，并且再未出现泄露事故。
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。
RRR 的运营经理托利亚·埃利斯（Toria Ellis，左），以及学生操作员 Meng-Wei Chen（右） 图片来源：Michelle O’Shea; Jerry Newhouse
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马和康德，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。
主要来源：
https://physicsworld.com/a/reed-college-the-only-place-in-the-us-where-students-get-to-run-a-real-nuclear-reactor/
本文转载自公众号“科研圈”（ID：keyanquan）
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