当她“触摸”月亮(图文)
作者: 来源:中国环保协会 发布时间:2025-05-28 14:43:21 浏览()次

4月,当看到自己的名字赫然在列2025年度新时代青年先锋名单时,中核集团中核地质科技有限公司(核地研院)正高级工程师李婷难掩兴奋神采。她静下心来回忆获奖背后的历程,第一个闯入脑海的,却是天上的月亮。

它皎洁明亮,悬挂在静谧的夜里,俯瞰人间。

李婷眼中的月亮很特别。透过核地研院超净室显微镜的镜头,嫦娥五号带回的月壤样本,曾以上万个形态各异的微米级颗粒呈现于她眼前。

月亮究竟蕴藏着怎样的奥秘?

2022年,李婷所在的核地研院月球样品研究团队找到了答案。团队从14万个颗粒中成功分离出一颗尺寸约10微米大小的单晶颗粒,确证其是一种新的矿物,并将这种新矿物命名为“嫦娥石”。

我国就此成为世界上第三个发现月球新矿物的国家。

与月壤的亲密接触

2020年12月17日,嫦娥五号探测器携带1731克月壤返回地球。这份来自太空的礼物,为开展裂变、聚变核能元素研究提供了宝贵资源。

“我们会利用月壤开展稀有气体同位素的研究。比如,氦—3是一种潜在的核聚变燃料,通常认为它在月球上的丰度是地球上的50万倍以上。一旦我们掌握了氦—3可控核聚变技术,月球将可能成为提供氦—3燃料的资源地。再比如,月壤中的铀、钍元素,可以帮助我们研究月球的演变历史。”李婷介绍道。

2021年7月12日,核地研院的科研人员捧回第一批50毫克月壤样品。

50毫克有多少?“也就是两三粒大米聚在一块。”李婷介绍,依据协议,科研人员需在半年内完成研究,并将30毫克样品完整归还。

这意味着团队实际可消耗的月壤仅有20毫克。在一粒米体积大小的样品上开展系列实验,每一个颗粒都显得弥足珍贵。

实验的第一步,是将上万颗微米级月壤颗粒按不同种类、不同粒度挑选并分类。

传统的筛分法行不通。“地球上的矿物量足够多,可以通过不同的粒径的筛子把矿物筛分开。但是,月壤样品只有50毫克,这点粉末根本不够筛子孔隙去筛。”李婷说。

颗粒的取样通常采用沾取的方法,工作人员将凡士林等黏性物质涂抹在针尖上,便于针尖粘住颗粒进行转移。但月壤不同,为了保证样本不被污染,在操作过程中不能引入任何外来物质。

因此,挑月壤的过程面临近乎苛刻的考验。科研人员需要在超净室手持纳米针,仅仅依靠颗粒与纳米针摩擦起的静电吸住颗粒,或用针尖勾起颗粒的粗糙面,将颗粒分类放入坩埚中。

李婷主动承担了这份极其考验耐心且艰巨的任务。“矿物学研究这部分由我负责,在前期制定实验技术方案时就考虑到了样品前处理工作。所以,这份挑月壤的活儿,是我给自己立下的。”

此后的两个月,她成为“触摸”月亮的人,开启一场针尖上的舞蹈。

针尖上跳舞

从早晨直至深夜,核地研院的超净室内,落针可闻。

一天下来,李婷在显微镜前的姿势几乎固定不变。她身穿超净服,手拿一根纤细的纳米取样针,用针尖去吸附一个个仅凭肉眼很难观察的颗粒。

这些颗粒有多小?“按粒度分,大粒的直径大于50微米,中粒在20—50微米之间,小粒小于20微米。成年人的头发丝平均粒径是70—100微米,大粒的直径,也就是半根头发丝的直径那么长。”李婷说。

与上万个颗粒死磕有多难?两个月的时光,流逝在显微镜下以微米为单位的光斑里。在此期间,李婷已经将同样的操作重复了上万次。

“整套工作流程下来就两个动作,‘挑’和‘磕’。在显微镜下,取极少量的样品放在载玻片上,如果在这拨样品中挑到一个大粒,目光就要离开显微镜,歪着头慢慢看着针尖,让针尖准确触碰到坩埚,把颗粒‘磕’到坩埚里去。”她说。

李婷不得不面对身体与意志的双重考验。“因为脖子疼,晚上睡觉常常把脑袋吊在床边。”她也留下了实验带来的“后遗症”——“去医院检查,发现肩胛骨被掀起来,锁骨两边错开了两厘米。”

回忆这段经历,李婷却更多地提及“幸运”。“分拣月壤的过程是一种很纯粹的心流状态。很少能有这样一份心无旁骛的工作机会,让人将上万颗月壤颗粒反反复复地观察,每天在玻璃板上拿针推着它‘跑’。”

深夜走出实验室,她习惯抬头看看月亮,感叹世界奇妙的连接。

“就像我能清晰地知道,刚摸过的那一小撮土,它来自月球正面左上角的吕姆克山附近,那是嫦娥五号降落的地方。当我望向月亮的时候,我好像正和它以不同的形式共处在天地间。宇宙之间,只剩我和它。”

发现“嫦娥石”

在研究月壤的过程中,李婷有了意外的收获——有一种含稀土的磷酸盐矿物,它的化学成分和已知的矿物都不一样。“会不会是新矿物?”猜想在脑海中盘旋。

问题抛出之后,科研人员需要将目标矿物切割出来,才能够进行内部物质结构的扫描、分析。然而,这块目标矿物所在的区域布满裂隙,四周布满犬牙交错的辉石。切割出一块完整无杂质的晶体,难度极大。

转机,出现在核地研院获得的第二批15毫克月壤样品中。

15毫克月壤,14万个颗粒遍布其间。科研人员抓住了十四万分之一的机会,成功抓取到一颗符合实验要求的单晶体,通过改进离子束切割技术,制备出一个4×7×10微米单晶颗粒。晶体按最长边算,仅相当于一粒芝麻体积的1/300。

李婷在这个1/300芝麻大小的颗粒上再次施展“绣花功夫”。她需要将这枚直径不到10微米的颗粒准确粘在玻璃丝样品架的尖端,转移到单晶衍射仪上获取数据。

“你能想象两个直径只有头发丝1/10的物体,尖端对着尖端粘在一起的难度吗?如果劲使大了,颗粒就碰飞了;如果力度不够,胶过几十秒会干掉,颗粒和样品就粘不上了。”李婷解释道。

来之不易的矿物晶体仅有1颗,操作机会仅有1次。

实验现场,李婷提着一口气儿,她用针尖轻推颗粒,稳稳地将其固定在单晶衍射仪中,粘样成功率达到100%。她将这份精湛技艺,归因于之前“挑月壤”练下的基本功。

晶体的结构被科研团队最终破解。2022年8月3日,新矿物最终获得国际矿物协会新矿物命名及分类委员会通过批准,中文名为“嫦娥石”,英文名为Changesite-(Y)。

这块石头的名字饱含中国式的浪漫——既蕴含来自远古的美丽传说,也表达人们对航天事业的敬意。

眼下,李婷又围绕着嫦娥六号带回的月壤样品开始了新一轮的研究。工作累了,她不忘抬头看看天上的月亮。“今天的月亮,又大又圆,看着好亲切。虽然隔着38万多公里,但我们也在遥遥相望呢。”她说。