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让梦想从这里开始

因为有了梦想,我们才能拥有奋斗的目标,而这些目标凝结成希望的萌芽,在汗水与泪水浇灌下,绽放成功之花。

大科学装置助力建设科创新高地

发布日期:2022-04-24 21:00    点击次数:190

中国散裂中子源。南方日报记者孙俊杰摄

中国散裂中子源装置内的直线加速器。南方日报记者孙俊杰摄

4月15日,广东省科技创新大会在广州召开,大会颁发了2021年度广东省科学技术奖。由中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生领衔的“散裂中子源国家重大科技基础设施项目”,获得2021年度广东省科技进步奖特等奖。这是东莞自2016年以来再次获得该项殊荣。

近年来,东莞聚焦科技创新和先进制造,让科技创新成为引领制造业高质量发展的重要推动力,成为东莞经济转型升级的亮丽名片。随着大湾区综合性国家科学中心先行启动区建设的深入推进,东莞高质量发展的“科创底色”将更加鲜明。

南方日报记者吴擒虎陈启亮张珊珊张莎

十年磨一剑

为高水平科技自立自强提供先进平台

散裂中子源就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针。在中国散裂中子源建成之前,我国已有一批高水平科学家需要利用散裂中子源开展相关研究,但苦于当时国内没有条件,只能去国外做实验,很难争取到实验机时。

转折点发生在2006年。广东省和中国科学院共同决定:要在珠三角建设一座中国散裂中子源。经过一番考察,最终决定将其落户在如今东莞松山湖科学城范围内的大朗镇水平村。

“散裂中子源主体部分对地基要求高,这块地方是最适合的,而且东莞市政府对我们支持的力度也非常大。”陈和生表示。

2011年10月,中国散裂中子源奠基,这是全国首台、全球第四台脉冲式散裂中子源,结束了珠三角地区无国家大科学装置的历史。“珠三角拥有强劲的经济实力,且对科学技术与产业升级的需求迫切,能与中国科学院在基础研究和应用基础研究方面的优势很好地结合起来。”陈和生说。

然而,大科学装置的建设并非易事。

工程建设期间,由于地质原因,加速器隧道等土建工程延误了1年多,大大压缩了设备安装和调试的时间。当时,整个工程能否按原定工期竣工验收,大家心里都没有底。

“对国家承诺的竣工时间不能推迟,必须千方百计抢时间。”基于这样的信念,陈和生带领团队一起,将通用设施的安装与隧道土建施工交叉并行,即将原定在隧道里测试老练的设备先在地面大厅安装调试和老练,等隧道完工后,再重新安装在隧道。这种方式虽然大大增加了工作量和工程调度的难度,但最终让建设团队赶回了工期。

“难以想象你们在短短的一年完成了如此大量的工作。”在散裂中子源国际顾问委员会年度会议上,外国专家对此十分感叹。

此外,散裂中子源装置不仅造价高,且技术复杂,是各种高、精、尖设备组成的复杂整体。团队在制造和安装过程克服了重重困难,还采用了具有战略前瞻性的“直线加速器+快同步环+固体靶靶站”的创新设计方案,实现众多关键技术创新和集成创新,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。

例如,快循环同步加速器的25Hz交流磁铁在我国属于首次研制,其间遇到了超乎想象的技术挑战,科研人员与工厂技师联合攻关了6年才将问题解决。针对磁铁磁场饱和问题,团队还创新性地提出谐振电源的谐波补偿方法,解决了多台磁铁之间的磁场同步问题,其效果优于国外散裂中子源。

经过多年努力,如今装置的许多设备可达国际先进水平,设备国产化率高达90%以上,有力地促进了我国相关领域高新技术产业的发展。

2017年秋天,装置首次打靶成功获得完全符合预期的中子束流,调试速度远超国外的散裂中子源;2018年8月,中国散裂中子源正式通过国家验收,并对国内外各领域用户开放。2020年2月,中国散裂中子源的加速器打靶束流功率成功达到100kW设计指标并稳定运行,比原定计划提前了一年半的时间。

首期建设中,散裂中子源对用户开放通用粉末衍射仪、小角散射仪、多功能反射仪共三台谱仪。2021年10月,国内首台中子全散射多物理谱仪对外开放运行,通量超过英国散裂中子源同类型谱仪,分辨率达世界先进水平。今年4月,大气中子辐照谱仪成功出束,未来将填补我国在相关领域的空白。

围绕“四个面向”,“国之重器”的创新效益不断显现。截至目前,散裂中子源已完成用户实验课题约700项(其中12%来自高科技企业),在多个领域开展了重大创新研究,开展了包括航空发动机单晶叶片和轴承、深海潜水器等大型工程部件残余应力和服役性能检测等,为国家急需的许多高性能结构材料攻关提供了关键技术平台。

在新型能源材料、斯格明子拓扑磁性、自旋霍尔磁性薄膜、高强合金纳米相、航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等领域,中国散裂中子源已经取得一批重要成果,累计发表高水平论文120余篇。

“我们散裂中子源最主要的责任,就是为国家高水平科技自立自强提供一个关键的、先进的研究平台。”陈和生表示。

二期工程预计今年动工

实现谱仪数量与设备功率双提升

中国散裂中子源是粤港澳大湾区首个重大科技基础设施,它的建成最直接的效益,就是为国内科研工作者带来研究“利器”,特别是为港澳科学家使用散裂中子源提供了前所未有的便利。

超级钢具有广泛应用,相关研究显示,如果汽车减重10%,将可以节油6%—8%。香港大学黄明欣教授团队利用中国散裂中子源的粉末衍射仪发现了强度高而且韧性好的“超级钢”的微观机制,为改进这种钢的断裂、韧性和腐蚀性能提供关键的数据。

散裂中子源落户东莞后,大湾区许多高校也“近水楼台先得月”,吸引了大批中子散射研究和应用的人才,建设相关的学科。

在广东省科技厅的支持下,散裂中子源科学中心还与东莞理工学院、香港城市大学、澳门大学共建了“粤港澳中子散射科学技术联合实验室”,于2020年1月正式揭牌。实验室将成为粤港澳大湾区综合性国家科学中心的重要科研平台,努力建设成为中子散射领域的国家重点实验室。

“散裂中子源在东莞的成功建设,充分展示了广东省引进大科学装置、推动科技创新的决心和成就,吸引了国内许多一流的科学研究机构落户广东,共同建设大科学装置。”陈和生表示,广东省新建和计划建设的国家大科学装置数量居于全国前列。

作为国家大科学装置,散裂中子源不断拓展提升实验能力,为高水平研究提供更强研究手段。

散裂中子源共设计预留了20条中子通道,可建设20台左右的中子谱仪。为更加充分地发挥中国散裂中子源的研究能力,加快建设更多中子谱仪,中国散裂中子源积极与粤港澳大湾区的高校、研究机构开展合作,共同建设8台合作谱仪。

除已经建成的多物理谱仪、大气中子辐照谱仪两台合作谱仪外,另外6台合作谱仪预计将在未来2年内陆续建成。这8台谱仪,每台谱仪都有它自己的“特长”,给不同领域的用户提供相应的研究手段。

例如,与中山大学合作建设高能非弹谱仪,主要针对动力学方向的基础科学问题;与南方科技大学合作的高压谱仪,可以给样品加不同的压力、温度等环境。中子成像谱仪以及和工程材料衍射仪,可以进行工程大部件的成像检测和应力测试,产业界需要强烈且迫切,可用于航空航天、高铁等众多高技术产业的装备研发。

作为全球少有的先进研究平台,散裂中子源受到了国内外研究者们广泛欢迎,设备机时甚至“供不应求”。

截至目前,中国散裂中子源注册用户超过3400人,用户来自于国外以及全国各个省市。疫情发生前,几乎每天都有几十名来自全国各地的高校、研究所、高技术企业的用户来散裂中子源现场开展相关的实验研究。根据预测,待合作谱仪和二期工程的中子谱仪建成后,用户会更加广泛。

此外,散裂中子源的成功建设使广东省具有了一支高水平、专业齐全的科学研究,工程技术和管理的队伍——中国科学院高能物理研究所东莞研究部。这支年轻高素质的队伍是粤港澳大湾区大科学装置建设、运行和研究的中坚力量。

陈和生透露,依托这支队伍,中国散裂中子源即将启动二期工程建设,未来的谱仪数量将增加到20台,覆盖广大用户各方面的研究领域。加速器打靶和靶站功率将从100千瓦提升到500千瓦,设备研究能力大幅度提升,大大提高实验的精度和实验的测量速度,能够测量更小的样品,研究更快的动态过程,满足国内外更多用户需求。

中国散裂中子源二期工程已于2021年上半年正式纳入了国家重大科技基础设施建设“十四五”规划,目前已完成了项目可行性研究报告的编制,各项前期准备工作均已获得相关部门批复,今年2月底通过了中科院组织的可研报告专家预评审,现正在进行初步设计报告的编制工作。二期工程关键技术研发进展顺利,预计今年内将正式动工。

经济产出密度全国第三

建设大湾区科技创新新高地

除了散裂中子源项目,东莞还有多个项目获奖。广东华中科技大学工业技术研究院的“自主无人艇机集群跨域协同关键技术及应用项目”获技术发明奖一等奖,东莞理工学院的“纤维复材筋提升混凝土结构性能关键技术与应用项目”,以及广东菲鹏生物有限公司的“体外诊断试剂生物活性蛋白关键技术开发及产业项目化”获科技进步奖二等奖。

由工研院牵头完成的“自主无人艇机集群跨域协同关键技术及应用”项目,拥有无人艇集群相变调控、艇-机快慢子协同、小型平台无人机起降等三项核心技术,经中国自动化学会和中国人工智能学会鉴定达到国际领先水平。协同控制、协同感知、矢量喷推等部件成为了中船701所、702所、707所多型无人船舶的重要任务载荷。成果应用于深中跨海隧道同步探测、珠江口港口航道监测、南海油气资源探测、大湾区水域污染治理等重大工程。为我国海洋强国战略需求提供了具有自主知识产权的无人艇-机集群跨域协同关键技术及核心装备。

回顾来路,东莞经济快速发展的时期,同样也是东莞科技创新突飞猛进的阶段。

“十三五”期间,东莞地区生产总值连跨7000亿、8000亿、9000亿三大台阶,到2021年突破万亿元大关。同时,东莞科创领域同样亮点纷呈:松山湖科学城纳入大湾区综合性国家科学中心先行启动区;R&D占比提升至3.54%,排名全省第二;国家高新技术企业达7387家,稳居全省地级市第一;科技创新综合竞争力挺进全国城市20强、地级市第三。

越来越多的科技创新成果,成为推动东莞制造业高质量发展的“利器”。

在东莞,企业的科创活力得到充分激发,去年全社会研发经费来源于企业的比例达94%,建有研发机构的规上工业企业达47.2%;科技创新对产业转型升级的引领支撑作用不断增强,去年规上高新技术企业实现工业总产值1.19万亿元,占全市规上工业总产值的比例达55.01%,成为工业增长的主要力量。

对科技创新的极端重视,让东莞在有限土地上书写出创业创富的动人故事:2020年,东莞实现地均GDP达到3.92亿元/平方公里,经济产出密度在全国主要城市位居第三。

建设大湾区科技创新新高地,东莞必将绽放更多精彩。

■声音

近些年来,广东省对国家重大科技基础设施的建设非常重视,“十四五”期间国家在广东省部署了包括中国散裂中子源二期在内的多个重大科技基础设施。这些设施的建设,将进一步提升广东省的基础研究与应用基础研究能力,吸引和聚集更多高水平科研团队来粤开展相关科研工作。广东省科技厅近期也制定了基础研究十年“卓粤计划”,覆盖了从基础研究到人才培养、科研环境建设等方面内容。我们相信大湾区综合性国家科学中心将成为国际一流的科学中心。

另外,国家重大科技基础设施落户广东,希望广东能充分利用“近水楼台”的优势,加大支持依托设施开展相关科学研究,产出更多高水平研究成果。我们希望广东省和东莞市对散裂中子源二期工程建设继续给予大力的支持。

——中科院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生

省科技进步奖特等奖是省级科技进步奖的最高奖项,含金量高。散裂中子源项目荣获该奖直接反映了东莞科技创新能力和学术研究水平,为东莞推进科技创新和先进制造引领高质量发展作出了表率,树立了标杆。该项目的获奖,能更好地擦亮散裂中子源作为科研利器的品牌,吸引更多国内外科研工作者来东莞进行科研交流,推动相关的科研平台落户东莞,助力部分科研成果在东莞落地转化,为东莞产业升级尤其是材料领域赋能,为东莞推进科技创新和先进制造引领高质量发展提供有力的科技创新支撑。

东莞提出在“十四五”期间,实现国家科技奖“0”的突破。接下来,我们要加强对近年省科技奖获得项目及其他同等水平项目的培育,推动符合条件的项目申报国家科技奖。同时重点关注散裂中子源、松山湖材料实验室等大科学装置平台、省级实验室以及东莞大型龙头企业,挖掘其科技创新成果,提前为申报国家科技奖做好项目储备。

——东莞市科学技术局党组成员、副局长钟靖平






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