用高能粒子轰击重元素制作黄金，能赚钱吗，或者会亏得一塌糊涂吗？
少侠，现有技术条件下，如果你真打算通过粒子加速器或者核反应堆搞“点石成金”，这个看起来似乎“很有钱途”的行当，那你真是会亏得一塌糊涂。接下来咱们就聊聊，在你的炼金术创业之路上，包括电费在内，都会遇到哪些问题。 1. 金元素的产量极低。 通过粒子加速器，或者核反应堆中的中子，“轰击”靶物质，确实可以做到字面意义上的“点石成金”。早在1941年[1]，Sherr等人就通过中子轰击汞，成功造出了金元素。到1980年时，美国伯克利国家实验室使用Bevalac重离子加速器，通过轰击铋靶，获得了金元素[2]。这一实验的成本约为10000美元，将铋靶中十亿分之一的铋元素，转化为了总价值0.01美元的金。考虑到近几十年来，硬件方面的技术进步，跟通货膨胀比起来小的可以，现在的花费大概要两三倍于1980年。 重离子轰击铋，转化率这么低，那快中子轰击汞靶呢？能不能保证反应后大部分的产物是金元素？很遗憾，答案是“并不”。下图是在Geant4中做的一个简单的模拟：在边长1米的汞中，放入快中子放射源。柱形图为经过五万次模拟后，核反应的产物分布图。可以看到，你想要的金元素，相比于汞和铊的各类同位素而言，产量低得惊人。 所以，你遇到了“创业路上”的第一个拦路虎：极低的产出率。即使在不考虑成本的情况下，其大规模生产的效率也无法让投资人满意，扑街。 2. 生产环节中的有害物质：金的放射性同位素。 不过，无论如何，毕竟还是获取了微量的金元素，也算是在创业长征路上，迈出了第一步。然而，不幸的是，在金的诸多同位素中，除了金-197，其余皆有放射性。也就是说，你辛辛苦苦生产出的金子里，有相当一部分，是具有放射性的，且这些放射性同位素半衰期很短，最长的金195也仅有186天。因此，你遇到了“创业路上”的又一个拦路虎：如何从生产的金元素中，提取你所需的金-197？一旦产品中含有金的放射性同位素，那显然不会有客户会购买你家的产品。毕竟，现在可不是1930年的美国，那个喝水都要来点镭元素的年代了。因此，这批货市场价为零，扑街。 3. 汞金铂分离提纯。 聪 (zhí) 明 (zhuó) 的小伙伴，在看到这些金的放射性同位素并不长的半衰期后，决定放置产品一段时间，坐等衰变结束。在经过漫长的等待后，这些同位素衰变为稳定的汞和铂，那么新的问题又来了：汞因为其沸点较低，可以通过简单的蒸馏法分离出来。金铂合金则需要较为复杂的方法[3]，来进行提纯。所以，这一步骤使得生产成本再次增加，扑街。 4. 电费问题。 看到这里，可能大部分小伙伴都觉得，相比材料成本和辐射防护成本，电费就不算是什么大问题了。然而很遗憾，电费问题确实也是个问题。好消息是，目前的医用加速器，都在向小型化和低耗能的方向发展。Mevion是其中较为成功的一个设备公司，其CEO在2016年的一篇报道中，曾经很开心地提到[4]： 美国的工业用电价格并不贵，根据新浪2019年的一篇文章[5]，其工业电价约为人民币45分/千瓦时，和题主提到的深圳工业用电价格，相差不大。嗯~看起来不错呢，一年的电费开支可以从一百万美元降到八万美元。但这样紧凑型的质子加速器，其目的应该主要是用于医用放射性核素的生产。如果用来产生中子，再进行中子与靶物质的核反应，那产出金元素的效率只会更低。寄希望于这种耗能较低的小型质子加速器，并不现实。因此，百万美元的电费账单，可能还是会出现在你的办公桌上。 此外，你生产核素时，用加速器的方式，跟放疗医院也是完全不同的： 以1941年，Sherr等人的实验为例[1]，为了获取微量的金的放射性同位素，汞与快中子持续进行了78小时的反应。如果你的加速器每天持续工作12小时 (如果设备能撑得住的话)，那你一年在加速器上的电费开支，绝对不会低于一所放疗医院的电费开支。更别提长时间运行所带来的设备折旧成本，以及维护成本。要知道，加速器这种成本高昂的设备，其核心部件的更换和维护费用，可都是厂家垄断的。 