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荐读 ▏斯雄《科学岛记》
【字体: 】 发布时间:2017-11-11 18:01:39   【打印】【关闭】
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《 人民日报海外版 》(2017年11月11日 第 11  版)

科学岛记

作者    斯雄


建设创新型国家,瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破,是一个国家硬实力的重要体现。


科学岛剪影


话说合肥大蜀山脚下,有个“大水缸”,叫董铺水库。水库北边,有董铺岛,其实是个坐北朝东偏南伸出、三面环水的半岛,面积不到3平方公里。


岛上林木茂盛,环境清幽,行人稀少,静谧中略显神秘。中国科学院合肥物质科学研究院,就坐落在这座岛上。一条创新大道纵贯全岛,两边散落着数十幢庄重简朴的科研楼:安徽光学精密机械研究所、等离子体物理研究所、固体物理研究所、合肥智能机械研究所、强磁场科学技术中心、技术生物与农业工程研究所、先进制造技术研究所、医学物理与技术中心、核能安全技术研究所……这些掩映在万绿丛中的建筑,楼层不高,也不显眼,但这里科研的脉搏,与全球科研最前沿同频共振,许多成果都是国内顶尖、国际领先。


科学岛风景


很多人或许不知道,合肥地区有3个让中国人引以为傲的“大科学装置”,其中两个就在这个岛上。2017年1月,合肥获批综合性国家科学中心,与这里密不可分。密集的科研院所,频出的国际顶尖科技成果,让这个小岛不时引起轰动,吸引全球的目光。合肥当地人很早就不再叫它本名,而改称“科学岛”了。


科学岛风景


走进科学岛上的等离子体所,屋子中央有一个像锅炉的巨大环形装置,主机高11米,直径8米。装置上端,一面鲜艳的五星红旗高高挂起。 它是中国自主设计、研制的世界上第一台非圆截面全超导托卡马克实验装置,简称“大科学装置”。科学岛因此成为我国核聚变研究中心。


托卡马克是一种磁约束受控核聚变环性实验装置,最初是由苏联在20世纪50年代发明的。它的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。通电时,托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。


负责“大装置”的专家怕我们听不懂,尽量讲得通俗而直观:我们熟知的原子弹、核电站,其能量来源是核裂变。太阳发出的光和热则是靠核聚变;氢弹是人类实现的不受控制核聚变,氢弹的体积比原子弹小得多,但一颗氢弹的威力相当于几十颗原子弹。


“人类可以制造一个太阳来产生光和热吗?”这个曾经的科学幻想,正在成为科学的现实。


科学家正在研究的利用磁约束来实现可控核聚变,被形象地称之为研制“人造小太阳”——把人类的奇思妙想变成科学的现实,这是科学家和科学研究的奇妙之处。科学家给我们展示的愿景是:如果人类能实现可控核聚变,核聚变能将解决人类的能源问题。


等离子体所核聚变实验装置EAST

说到核能,人们难免步步惊心,比如核燃料,比如核辐射。

    

可喜的是,与核裂变以铀和钚为燃料不同,核聚变能利用的燃料是氘和氚,地球蕴藏量极其丰富。据测,每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。一座100万千瓦的核聚变电站,每年耗氘量只需304千克。氘的发热量相当于同等煤的2000万倍,天然存在于海水中的氘有45亿吨,通过核聚变转化为能源,按目前世界能源消耗水平,可供人类用上亿年。氚可以由锂制造,地球上锂的储量有2000多亿吨,足够人类用1万年-2万年……


鉴于前些年的日本福岛核事故以及更早的苏联切尔诺贝利核事故,人们对核泄漏、核辐射始终心有余悸。即使不发生事故,核废料的处理至今没有完全保险的办法。核聚变能则因其安全性高、无高端核废料、可不对环境构成大的污染,成为许多国家大力发展的研究方向。


美、法等国在20世纪80年代中期发起耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆(ITER)计划,包括美国、日本、欧盟等国际七方的科技合作,旨在建立全球第一个受控热核聚变实验反应堆。科学家们估计,到2025年以后,核聚变工程技术的核心问题有可能获得实际解决。2050年前后,受控核聚变发电将有可能造福人类。


中法科学家见证EAST遥操作维护系统调试成功


中国耗时8年、耗资2亿元人民币,自主设计、自主建成EAST装置后,全球研究核聚变的眼睛都盯着中国,盯着合肥的这个“大装置”。


10年前,中国参与到国际热核实验反应堆计划。国际七方中,中国承诺承担10%的研发任务,中国任务中的73%由等离子体所承担。由于研发能力强,现在美国、俄罗斯、日本把他们承担的相当大一部分任务转包给等离子体所。有EAST和ITER项目的牵引,中国目前在七方中走在最前面。等离子体所研究建设的EAST装置稳定高约束放电能力达到创纪录的100秒,超过世界上所有正在建设的同类装置;在相关技术领域,比如超导,是全世界最大的超导技术研制、测试基地,远比美国、欧洲做得强大。


国际聚变能大会,相当于这个领域的奥林匹克大会,等离子体所连续10年都被大会特邀做主题报告。这一领域的国际顶级杂志,连续多年都以封面故事形式介绍等离子体所年度研究工作。这种待遇,别的单位都没有,其他国家也没有。


科学并不总是抽象和冰冷的。


等离子体所正在研制可用于放射治疗癌症的“超导质子刀”,就是万众期待的温暖福音。我就此询问等离子体所副所长宋云涛。他说,这是国际上较为先进的癌症放射治疗技术。相对于传统的放射治疗,质子治疗技术可对肿瘤组织进行精准打击,整个治疗过程好比是针对肿瘤的“立体定向爆破”,可降低对健康组织的损伤。中俄超导质子联合研究中心2015年12月已在合肥成立,俄罗斯联合核子研究所和中科院等离子体所的科学家联手研究“高能质子治疗技术”,合肥离子医学中心将在2017年底建成。这意味着,癌症患者很快将能够在合肥接受“高能质子”放射治疗。


“超导技术、电源技术等,都是聚变研究衍生出的一些相关技术。”宋云涛说。


强磁场中心自主研制的混合磁体装置


2017年9月27日,科学岛又爆出一则轰动性新闻:国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”通过国家验收。这是岛上另一个全球瞩目的“大装置”。中国由此成为继美国、法国、荷兰、日本之后第5个拥有稳态强磁场装置的国家。


这个装置从“一无所有”到世界第二,只用了短短8年时间。


国际上开展强磁场研究,在高温超导、量子材料、生命科学等领域屡有重大发现,被称为诺贝尔奖的摇篮。它是在极高磁场下观察研究物质的各种特性,不仅研究材料物理,还涉及化学、生命科学、药物学,应用范围非常广泛。此前美国的实验室规模最大、性能最好。


强磁场科学技术研究中心研制团队凭着挑战极限的精神,打破国际技术壁垒,自主研制成的装置,有3台水冷磁体场强创了世界纪录,有继美国之后世界第二台40T级混合磁体,有潜力向45T的世界纪录发起冲击。


在科学的海洋里,原创和发现才能产生惊涛骇浪。


合肥物质科学研究院院长匡光力说到这几个世界纪录,如数家珍:“有一台磁体,我们实现了38.5万高斯,解决了大量的关键技术,创了世界纪录。此前荷兰是37万高斯,美国是36万高斯。现在,从22万到40万高斯如此广大的磁场强度区域,别人无法获得扫描隧道显微信息,只有中国科学家可以做到。”


科研总少不了你追我赶。从“人无我有”“人有我优”,不断超越,再达至“人无我有”——这是攀登科学高峰的乐趣和动力所在,是科研必备的精神和境界。


目前世界上有3种显微镜可以实现原子尺度的观测,分别是扫描隧道显微镜、磁力显微镜、原子力显微镜。这3种显微镜,美国、欧洲都有。强磁场科学技术研究中心科研团队花心思做的实验技术,是把3个显微镜集中在一个针尖上,叫组合显微镜,同时对一个点进行观测,成功突破,世界独创。


“我们做出来的几件测量系统,都是原创成果,属于世界上的孤品。有了磁场条件和测量系统,我们看到的任何东西都是新的,别人难以企及。”匡光力不无自豪地说,“中国科学家完全有能力、有智慧为人类做出更大贡献……”


忽然有人用合肥话提议:“我们在‘大装置’前合个影,可照?”众人皆言:“照,照!” 不知怎的,在相机的咔嚓声中,我有一种想唱国歌的冲动。


过去曾走过不少边海防,我最最深切的感受是,要培养人的爱国情怀,就到边海防去——站在边海防前线,一种庄严和神圣油然而生,你对祖国的感情,必定瞬间提升。


现在我想说:要增强中国人的民族自豪感,就到合肥科学岛上来——这里的科技创新高度和世界领先程度,足以让每一个中国人骄傲和自豪!


科学岛面积不大,但分量很重。



《 人民日报海外版 》(2017年11月11日 第 11  版)


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