然而,它在哪里?这种矿物太少太小,在这批样品中无法找到一颗较好的颗粒能够让科研团队破译它的结构。
破译,十四万分之一的可能
2021年隆冬的一个周六,整栋办公楼都空空荡荡的。
“安静、喘气的声音都清晰可闻。”在实验室小心翼翼度过的这8个小时,让钟军至今记忆犹新。就是那一刻,他所在的地研院月球团队成功分离出了一粒微米级矿物,为他们的新发现奠定了基础。
扫描电镜反复确认、准确定位所需分离切割的矿物,高能的聚焦离子束从矿物四周进行斜向切割,底部斜向“入刀”使目标矿物实现和周围围岩分离,扫描电镜的仓口探入比头发丝还细的钨针,聚焦离子束对钨针整形后,用铂蒸汽将其焊接到分离的目标矿物之上,采集完的目标矿物从仪器舱中取出,放入特制的样品保管“胶囊”, 将其带至下一步开展晶体结构分析的实验室……
通过对第一批月壤科研样品开展系统研究,团队发现了新矿物的踪迹,并测定该矿物的化学组成,但由于新矿物颗粒太小太少,一直无法获得新矿物的理想晶体结构参数,必须要借助新的月壤样品进一步寻找符合条件的大颗粒标本,才有可能全面证实。
作为“接棒人”,钟军围绕核能铀钍裂变元素研究主题,反复斟酌挑选了拟申请的最为合适的月球样品。他阅读了大量文献,和团队成员反复探讨,不断优化和完善借用申请及汇报材料。
最终,他们的材料从240多份申请中脱颖而出,成功借用到1件月球光片样品。
钟军回忆,一拿到光片,科研团队立刻采用原位微区测试分析方法开展矿物尺度的研究,首先对整个样品的所有矿物进行了快速面扫描,在接近14万个的矿物/岩屑颗粒中,成功“抓取”了几颗仅有头发丝直径十分之一大小的富含稀土的磷酸盐矿物颗粒。
“要想验证新矿物的存在,就要把这几个颗粒切出来,做矿物单晶的晶体结构精确解译。而相对较大、平面上看成分较纯的,适合我们做解构的潜在目标矿物仅有3粒,极为细小稀有。”钟军说。
最终,确定了唯一一颗可用于后续验证的颗粒。
李婷所带的矿物研究团队,利用单晶X射线衍射仪对潜在的新矿物,开展了后续的精细结构解译,确定了这个新矿物。
这并不是地研院在地质分析中所发现的第一个新矿物。过去3年,李婷所在的团队已经先后主导和参与发现5种地球新矿物。
每一种矿物样品,都是被这样一只白皙纤细的手拨入显微镜下不断观察……有同事说,或许只有李婷自己知道,在长达两个多月的月壤样品分类中累到肩胛骨脱扣的痛苦;坐在实验室里,全世界就只剩显微镜下直径不过一厘米光区的漫长时光……
每个亮如星辰的成就瞬间,背后都是长年累月的默默无闻。
溯源,科学探索背后无限的好奇心
是什么让他们抓住了这十四万分之一的机会?
勤奋、团结、用心、专注……团队22个人成员,每个人都有自己的答案,然而所有这些答案汇聚到一起,恰恰就是那句“机会只留给有准备的人”。
2020年11月,在李子颖带领下,地研院月球研究团队经过无数次研究讨论后,确定了以月球核能裂变和聚变元素为主要研究方向。随后,地研院组建了月球样品分析检测实验室。
“完善月球样品申请管理使用制度,构建月球样品保存及处理洁净间,模拟样品演练,这三项任务从那一刻就齐头并进准备起来了。”地研院分析测试所所长郭冬发说。
事实上,任何重大科研成果的获得都不可能来自临时抱佛脚。郭冬发举例:“比如,月球样品处理洁净间原来是专门为做特殊样品保留的洁净间,环境长期以来保持干净整洁——这间‘净室’成了我们开展月壤研究不可或缺的重要场所。”
前沿基础科学是推动人类文明进步的原动力,基础研究一旦产生成果,那很有可能就是颠覆性的、革命性的。月球样品研究,是典型的前沿基础科学研究,它能推动和带动一系列相关科学技术进步。
“这是一条相当漫长而曲折的道路,无论经费、时间、精力,所有的投入都必然是有限的,而唯一无限的是科学家的好奇心。”在李子颖的眼中,看待此刻的成就,绝不能仅局限于拿到月壤后做了什么,更是与半个多世纪以来,核地质科学家们不断探索更多未知的创新实践息息相关。
“新矿物获得批准了,但名称没有通过。”