作者:刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2016/8/1 9:16:41
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与时间赛跑的科学家
记中科院近代物理研究所ADS团队


 

庆祝超导腔成功过束。

 


 

超导直线加速器中控室

 

直线注入器II隧道

■本报记者 刘晓倩

这是一支近500人的核裂变能团队,他们从零起步,不断刷新世界纪录;他们用5年时间,追赶了欧美发达国家研究水平;他们,是一群与时间赛跑的科学家。

中国科学院近代物理研究所ADS团队,承担着中国科学院A类战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”,建成了国际上稳定运行的连续波质子束流强度最高的RFQ加速器、首次提出了一种加速器驱动先进核能系统ADANES概念,有望实现核能系统真正的闭式循环、原创性地提出了颗粒流靶概念……使我国在未来先进核裂变能技术达到国际领先水平。

该团队获得中国科学院先进集体称号。

一切,从零开始

2010年6月,中科院近代物理研究所接受了一个艰巨的任务——ADS嬗变系统研究。回忆刚接受任务的状况,该项目首席科学家、近代物理研究所副所长徐瑚珊说:“我们作好了充分的艰苦奋斗的准备,因为ADS是值得奋斗一生的科研事业。”

ADS(加速器驱动次临界系统)被认为是解决核废料处理处置和核安全问题的最有效途径。不仅如此,高功率质子(离子)直线加速器,在国防和科研等其他领域也有广泛和迫切的需求,这是提升国家战略能力的关键技术。2010年,中国科学院为了解决核安全和核废料安全处理处置问题而优先启动了战略性先导科技专项(A类)“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”,选取了近代物理研究所、高能物理研究所、合肥物质科学研究院和中国科学技术大学等具有核物理和加速器技术基础的传统单位来承担这项任务,并确定近代物理研究所作为专项牵头单位。

然而,这项任务绝对是一个“烫手的山芋”。国际上关于ADS涉及的单项技术都有一些研究,但是并未有实际运行的系统样机。专项启动之初,各相关单位尤其是近代物理研究所在强流超导直线加速器、散裂靶、次临界反应堆等各方面的技术基本上属于空白,国内外专家均表示提出的技术指标很难在这么短的时间内实现。

近代物理研究所迅速组建起来了ADS团队。目前,全国参加ADS团队的总人数达1300多人,其中近代物理研究所近500人,核心成员260多人,主要集中在近代物理研究所ADS部,同时分散在其他各部门,以任务的方式将队伍有机组织起来。

“无中生有、敢为天下先”,面对困难,徐瑚珊这样鼓励团队中年轻的科研人员。ADS先导专项核心技术,超导直线加速器注入器II的技术负责人何源回忆,“项目启动之初,我们连超导腔长什么样子都没见过。连续波高功率ADS加速器的关键技术在中国几乎完全是空白,整个装置在世界上也没有成功的经验”。

持之以恒,找到“突破口”

谈起超导直线加速器,团队的每个成员都心存敬畏。它是一个复杂、精密的系统工程,从设计到加工,再到最后调试运行的每一个步骤、每一个环节,甚至每一个细节,都考虑周详才能够成功运行。任何微小的“问题”都要会导致失败。“为保证最后的成功,超导直线加速器要求的不仅仅是做到‘最好’,而且要做到‘完美’。”何源说。

至今,大家还清楚地记得许多个令人“绝望”的反复失败和不断坚持后的“第一次”成功。说起超导腔第一次垂测成功的情景,直线加速器团队成员们仍至今然非常兴奋。超导腔的功率“输送通道”非常狭小,要想将高频功率输送进去,必须精确地找到“输送口”。2012年10月,团队第一次观测到腔体达到超导态,此后1年多的时间,为了找这个“输送口”,团队进行了六次大型实验,但都失败了。每一次失败后,他们都会进行许多大大小小的试验,反复改进处理的方法和测量的手段。何源的学生王志军回忆:2013年11月29日,实验持续了1天,直到凌晨4点仍然没有成功的迹象,“几乎所有人都泄气了,只有何老师还在坚持。”他双眼布满红血丝,盯着频谱仪上的数据,一刻不离,坚定地认为,频谱仪上显示的这两个尖峰,就是剑与剑鞘,将它们重叠“撞击”,就是共振点,就是输送口。

“就是这个门,对准它踢!”反复推敲计算后,团队讨论作出了最后的选择,事实证明,这项判断是正确的——第一次测到了超导数据,也是团队取得的第一个意义重大的阶段性突破。随后,加速器团队乘胜追击,实现了28千瓦连续波束流稳定运行1小时的世界最新纪录。这台超导直线加速器样机实现稳定运行,是ADS先导项目中的重要里程碑,不仅意味着我国掌握了超导质子加速器关键部件研制和系统集成调试的关键技术,也为今后更高功率的超导直线加速器的研制奠定了基础,实现了我国在高功率超导直线加速器领域的跨越式发展,使我国强流超导直线加速器技术进入国际领先行列。

优秀团队,这样炼成

在有限的时间内做到国际领先,就需要所有的人付出超出常规的时间和精力。因此,ADS团队吃住在工作现场是经常的事情。高级工程师张生虎对记者说,超导腔体调试平台上放着十几件军大衣,大家困了就穿上大衣在现场睡一会,饿了就订个盒饭,还常常一边吃盒饭一边开午餐工作讨论会。大家心中明白,射频超导技术,国外已经发展了50多年,我国从开始到现在只有5年,要想追上国际同行,只有在时间上多付出。

为了能够让后起步的核裂变能技术尽快赶上世界的脚步,大家憋着一股劲,和时间赛跑。ADS团队,没有假期,没有周末,甚至没有下班时间。很多同事根本顾不上家里,“为大家舍小家”这句话,在这个团队绝不是一句空洞的口号。项目初期,为了保证低温实验的顺利进行,张军辉研究员带领团队在凌晨3点抢修氦气压缩机,被烫伤了双手。石爱民研究员年近60岁,还和年轻人一样爬高上低。张生虎患了严重的腰椎间盘突出,他就绑着铁腰带在现场工作。工程师岳伟明在东北加工厂一出差就是个把月,顾不上照顾怀孕的妻子、刚出生的孩子……

很多来交流和工作的国外专家看到这个团队的工作状态,感受到ADS团队的专业精神,对项目的态度从最初的怀疑转为支持。2014年11月,中国科学院组织的国际评估,ADS团队获得了最高分“A”。

徐瑚珊说:“ADS各项成果的取得,都不是一个团队或者一个研究所独立完成的,是跨领域、跨单位、跨部门联合攻关的结果,是集中国内最优势研究力量通力合作取得的结果,ADS合作方面也必将带来体制机制方面的创新。”

2016年是ADS先导专项的收官之年,近物所将要协同高能所团队完成25兆电子伏强流超导质子直线加速器的安装和调试工作;要完成颗粒流散裂靶台架的调试运行工作;同时,要完成加速器驱动嬗变研究装置(CIADS)的可行性研究工作和项目前期工作,开始项目的建设工作……

为了美好的未来,ADS团队需要继续和时间赛跑!

《中国科学报》 (2016-08-01 第5版 创新周刊)
 
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