这一年,我们不断拓展知识的疆域

来源:科技日报 日期:2021-12-19

  通过国家验收启动运行以来,中国天眼设施运行稳定可靠,发现的脉冲星数量已达到500余颗,并在快速射电暴等研究领域取得重大突破。中国天眼的研制和建设,不仅体现了我国的自主创新能力,还推动了我国天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量等众多高科技领域的发展。

  中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平表示,FAST面向全球开放使用,彰显了充分合作的理念,以及对人类命运共同体理念的实践。

  用液氦造出-271℃世界

  大型低温制冷装备“中国造”

  4月15日,中国科学院理化技术研究所(以下简称中科院理化所)承担的国家重大科研装备研制项目“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”通过验收及成果鉴定,项目成果鉴定专家组认为,该项目整体技术达到国际先进水平。这标志着我国具备了研制液氦温度(-269℃)千瓦级和超流氦温度(-271℃)百瓦级大型低温制冷装备的能力。

  液氦是制造超低温的“神器”。随着社会经济的高速发展,我国已成为大型低温制冷设备的使用大国。但由于缺乏大型低温制冷系统、关键子设备及集成技术,我国大型低温制冷装备长期被国外垄断,进口依赖度高。

  2015年12月,中科院理化所开始启动液氦到超流氦温区大型低温制冷设备的研制工作。在几十年低温技术积累的基础上,经过5年艰苦攻关,坚持走自主创新道路,最终成功研制出技术指标先进的大型氦制冷机。

  光存储时间达1小时

  向量子U盘迈出重要一步

  4月,中国科学技术大学郭光灿团队李传锋、周宗权研究组将光存储时间提升至1小时,大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录,向实现量子U盘迈出重要一步。该成果于4月下旬发表于权威学术期刊《自然·通讯》。

  光已成为现代信息传输的基本载体。光速高达每秒30万公里,“降低”光速乃至让光“停留”下来,是国际学术界一直不懈奋斗的目标。光的存储在量子通信领域尤其重要,通过将光子储存在超长寿命的量子存储器即量子U盘中,实现通过直接运输量子U盘的方式来传输量子信息。而考虑到飞机和高铁等交通工具的速度,量子U盘的光存储时间至少需达到小时量级。

  李传锋、周宗权研究组2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪,依托该仪器,其精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量,并在理论上预测了一阶塞曼效应为零(ZEFOZ)磁场下的能级结构。

  未来,依靠更加成熟的量子U盘,人类有望实现基于经典交通运输工具的量子信息传输,从而建立起一种全新的量子信道。

  “人造太阳”刷新世界纪录

  实现可重复1.2亿℃燃烧101秒

  5月28日,中国科学院合肥物质科学研究院传来喜讯,有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录,向核聚变能源应用迈出重要一步。

  地球万物生长所依赖的光和热,都源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘,在地球上的储量极其丰富,足够人类利用上百亿年。如果能够利用氘制造一个“人造太阳”来发电,人类则有望彻底实现能源自由。

  但制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题:用什么容器来承载核聚变?人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿℃以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多℃。这意味着,需要造出一个同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置,这对工艺设计和材料提出了极高的要求。

  为了达到聚变实验装置所要求的条件,EAST团队的科学工作者自主创新,自主设计、研发了大部分具有自主知识产权的关键技术,创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置在中国率先建成并正式投入运行,为未来清洁能源的利用和发展提供实验研究平台。

  地球模拟装置启用

  看清地球的过去、现在、未来

  6月23日,国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”在北京怀柔科学城落成启用。这是我国研制成功的首个具有自主知识产权的地球系统模拟大科学装置。

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