作者:倪思洁 沈春蕾 唐佳丽 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/12/11 19:20:43
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科学重器,汇聚中国速度与能量

 

“天眼”FAST、散裂中子源、稳态强磁场、北京正负电子对撞机、上海光源……对于这些支撑我国科学研究的大科学装置,一般人恐怕难有机会身处其中,观察了解。科技媒体的记者却具有这样的先天优势,不仅能抵近触摸这些庞然大物,更能够知晓操控它们的科技工作者们的一些有趣的故事。

FAST让人惊艳的“Fast”

讲述人:本报记者 倪思洁

本报记者倪思洁在阿里原初引力波探测实验项目现场。

再去“天眼”,是在今年5月中旬。路上,轻晃的大巴车像一个安逸的婴儿床,摇得人昏昏欲睡。当车停下来时,我发现,车已经行驶到一个摆脱了山村气息的地方。

“到了?”我心里不禁疑惑,这不是我印象中的路。

大门旁边由首席科学家南仁东先生亲手设计的“FAST”徽标告诉我,我的确到了“天眼”的大门口。夏季温湿的山区,在这个红底蓝字的徽标前面催生出一丛玫红色的野花,由绿叶衬托着,显得格外艳丽。

“第4次来这了,怎么感觉跟从没来过一样?”车上的我心里纳闷。

回想起来,初次来“天眼”是在2015年的夏天,那时要想来这个大窝凼,屁股先要经得起考验,山路上随处可见的大泥坑,会把人颠到几乎要摆脱地心引力。之后,路越来越好走,几乎每隔半年,“天眼”都要让我惊叹一次:“进度真快呀!”

进了大门后,在我面前的,是一群别致的黄色木质建筑,和“天眼”一样,它们的设计精美而实用。未来,在这些建筑里,不知会有多少科研成果将从大窝凼走上世界科学的舞台。

从主楼顺着地势从高往低走,很容易能找到那口世界著名的“大锅”。

沿途,我凭着记忆找到了那间简易工棚会议室,那是“天眼”工程建设期间,我最熟悉的地方。在那里,科学家曾跟我详细介绍“天眼”馈源舱起吊、主体工程完工等工程细节,也是从那里,我把“天眼”的最新消息发回报社编辑部。如今,科学家终于不用窝在工棚里搞科研了。

再往下,就看见“大锅”了。它还是老样子,静静地躺在窝凼里,默默地守望着外太空。

“早出成果,多出成果,出好成果,出大成果。”我们对“天眼”寄予的希望,已经成了每位“天眼人”的目标。我也期待着,“天眼”工程能够不负所托,继续为我们带来更大的惊艳。

隐藏在地下的“超级显微镜”

讲述人:本报记者 沈春蕾

深圳,一座往返无数次的城市;东莞,初次踏入却因为它——中国散裂中子源工程。从深圳宝安机场前往东莞市大朗镇的路上,我一次次在脑子里构想着这个巨大工程的模样。不知不觉,进入散裂中子源工程园区大门,几栋银灰色的建筑物率先映入眼帘。殊不知,这个工程的真正核心却在地下,它神秘的面纱即将被揭开。

沿着楼梯下到有6层楼深处,是一条笔直的隧道。中科院高能物理研究所东莞分部副主任、加速器调试负责人王生介绍说,这里是我国自主研发的国内最高能量的负氢直线加速器。直线加速器有4台漂移管加速器构成,今年4月24日,它完成了前三台漂移管加速器的调束工作,束流能量达到60MeV。

此前,由于国外进口的速调管出现质量问题,导致直线加速器调束计划一再延期。为保证工程进度,在缺少一台速调管的情况下,项目经理部决定采用60MeV注入的替代方案。“虽然60MeV束流给同步加速器调束增加了不少困难,但通过克服困难,为同步加速器调束赢得了宝贵的调束时间,也为整个工程如期验收提供了保证。“王生说。最终,整个工程的设备国产化已经达到96%以上,并且在调束过程中运行稳定可靠。

直线隧道的尽头有一座小小的天桥跨过同步加速器束线。在天桥上能看到一座环形隧道消失在视野中。在这里,从直线加速器出来的负氢离子通过剥离,变成质子注入到快循环同步加速器。7月7日,快循环同步加速器成功将质子束流加速到设计能量1.6GeV。中科院高能物理研究所副所长、东莞分部主任陈延伟说:“这是工程建设的又一个重要里程碑。”

重回地面,我见到的是一栋独立的建筑物——靶站设备楼,其中有工程一期建成的3台中子谱仪。11月1日,加速器首次以1Hz的重复频率打靶运行,并与靶站和谱仪开展了联合调试。11月9日,加速器实现了25Hz打靶运行,平均束流功率超过10千瓦,达到国家验收指标要求。

中子科学部探测器组负责人孙志嘉主要从事探测器系统的研制,他说:“如果将散裂中子源工程比做一台超级显微镜,谱仪是显微镜的核心部分,而探测器则是中子谱仪的‘眼睛’,用以发现样品的微观结构。”

明年,散裂中子源工程将接受国家验收,之后将面向世界开放,帮助科学家们用中子散射来研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构。

和强磁场“8年同行”

讲述人:中科院强磁场科学中心助理研究员唐佳丽

唐佳丽在水冷系统设备大厅

我来自磁体科学与技术部-水冷系统,主要跟水冷磁体打交道。水冷磁体当然离不开水的冷却,相对于超导磁体而言,水冷磁体可以提供更高的场强,为多学科领域的科学家提供梦寐以求的高场实验条件。

由于水冷磁体对水质、水压等的要求极高,我们系统的很多设备运行工况也比较特殊,会不断出现新的难题,如何解决,如何优化一直是我们的工作主题,所以这几年的运行是一个很好的学习和积累的过程。

经常在一天实验结束后,其他同事已经下班,我们的蓄冷工作才刚刚开始。我们有一个3000立方米的蓄水罐,为水冷磁体实验提供冷源。水冷磁体的循环冷却水用的是水质要求极高的去离子水,而为了维持水质,提纯系统必须全天候运行。系统有一套短信提醒的工作模式。一旦制冷水温异常,提纯系统报警,相关人员就必须第一时间回到水冷厂房进行故障排查和恢复。

今年夏天的一个晚上,吃完晚饭准备陪孩子的我,就接到了报警短信,显示制冷出水温度异常。我匆匆赶往单位,迅速展开排查和检修工作:打开冷却泵排气阀排掉空气,对冷却塔进行补水,重新进入运行流程……这些步骤于我而言已经习以为常。只是夏天的水冷厂房,蚊子来的特别猛烈。

稳态强磁场实验装置包括系列磁体、技术装备系统、实验测试系统,它使我国稳态强磁场技术跃升至国际一流水平。很幸运自己毕业后的第一份工作就是参与强磁场的建设,并且一坚持就是8年。

年终手记:

铸牢重器 迈向领跑

曾几何时,我国科学家需要借助国外的仪器设备进行科学研究,随着我国自主研制的大科学装置纷纷建成,这样的尴尬已渐成历史。中国制造的科学重器,不仅极大支撑了国内基础研究和高新技术研发,更让我们的科技成果在国际上备受瞩目。

这一年,我国大科学装置频传科研硕果:EAST团队科研成果连续六年入选Nuclear Fusion亮点,中国西南野生生物种质资源库研究团队在国际上首次成功地破译茶树基因组,上海光源“梦之线”用户国际上首次实验证实非点群拓扑绝缘体中沙漏费米子,LAMOST DR3 数据集正式向全世界公开发布,科学家成功破解深海潜标数据实时传输世界难题,中国遥感卫星地面站第一时间共享四川九寨沟震前卫星遥感数据…… 这些成果的取得,凝聚了科研人员的心血和智慧,更彰显了我国大科学装置在支撑科学探索、技术创新方面的强大作用。

这一年,同样有一批大科学装置在紧锣密鼓地推进建设:近物所HIRFL首次实现离子源脉冲束注入运行,武汉国家生物安全实验室获CNAS认可认证,陆地观测卫星数据全国接收站网建设项目通过国家验收,ITER首个超导磁体系统部件成功研制并顺利交付,“神光”驱动器升级装置圆满通过综合验收……大科学装置工程规模庞大,从立项设计、开工建设到验收交付,每一步、每一环都体现着自主研发能力的积淀和技术制造能力的突破。

据统计,到2030年,我国将在能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等7个科学领域部署一批重大科技设施。届时,我国基础科研能力将再次获得显著提升,并将不断推进科学研究从“跟踪”“并行”向“领跑”转变,以更多更好的科研产出为国家社会发展提供源源不断的基础支撑。

 

 
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