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「科学强国」“超级显微镜”下的微观世界长什么样

「科学强国」“超级显微镜”下的微观世界长什么样

高能物理学家眼中的世界,是由质子、中子这样的微观粒子组成的。中国科学院院士陈和生指挥建成的散裂中子源,像一台“超级显微镜”,能从原子结构变化的细微层面,预判安全隐患,测试大国重器。

大国重器——散裂中子源

1984年,拿到美国麻省理工学院博士学位后不久的陈和生,因为国家的需要回到祖国,成为我国第一个博士后。听从热爱和使命的召唤,是他当时唯一的选择。

“我回国的目的,是因为抱着一个信念:中国的科学技术,归根结底是要靠中国人,在自己的土地上奋斗才能实现的。”陈和生始终秉持着“热爱祖国、为国家的事业去奋斗”的信念。

陈和生是我国的粒子物理学家,76岁的他依然工作在科研一线。他是中国科学院院士,现任国家重大科技基础设施散裂中子源工程指挥部总指挥、北京正负电子对撞机国家实验室主任、中国科学院高能物理研究所研究员。他长期从事粒子物理实验研究,主持了重大科技基础设施北京正负电子对撞机重大改造工程。

「科学强国」“超级显微镜”下的微观世界长什么样

几年前,他为探究锂电池性能到访日本实验站,但对方拒绝参观。陈和生回忆起当年的情景:“当时所有的实验站都可以参观,就这个(散裂中子源实验站)我们不能进去参观,对方负责人说‘因为你们是竞争对手’。我只能笑笑,不能说什么,但回来我们自己要做!”

散裂中子源究竟是什么?中国散裂中子源建成之后取得了哪些科研成果?

简单来说,散裂中子源就是一种“超级显微镜”,其散射的中子如同“探针”,可以清晰检测物质的内部结构,因此被认为是当今人类深度探索微观世界的有力工具。它广泛应用于新材料研发、关键零部件的性能检测、癌症治疗等热门领域,为材料科学、生命科学、环境科学等基础研究,提供了先进的现代技术平台,对解决前沿科学问题具有重大意义,是当之无愧的“国之重器”。

高铁的安全性能也和散裂中子源息息相关。陈和生解释:“就像是人累了会疲劳,高铁的车轮久了也会产生金属疲劳。” “二十年前坐火车,到了一个大站停20分钟,就有一位工人师傅拿着榔头一个个轮子去敲,听车轮有没有裂纹的声音。但是现在高铁到站只停留三五分钟,不可能有机会用敲打的方法去检查每个轮子,因此必须要用现代科学的手段去检查。”“我们可以用中子散射来看看,刚造好的轮子跑了一万公里、六万公里、十万公里,轮子里面层与层之间原子结构的变化,层与层之间有没有位移,如果位移大了就会断裂。”

散裂中子源研究所产生出来的新技术,还有一项是硼中子靶向治癌。硼中子靶向治癌,是一种新的精准治疗癌症的二维技术。“这种治疗方法,相信会开辟癌症放射治疗一个新的篇章。它最大的优点,就是能够治疗那些弥散的,甚至扩散的癌。我们正在进行动物实验,一年以后将要开展临床试验,完成了临床试验以后就可以进行临床治疗。”陈和生表示,希望今年底可以开展临床试验:“这种技术需要的靶向药物,也是目前研究的热点,希望国内做药、研究硼化学的相关人士一起努力,找到效果更好的靶向药物,为人民健康服务。”

严谨的科学作风、奉献科学的精神

陈和生的家里有一张诺贝尔物理学奖获得者李政道寄来的贺卡。当年,在李政道的推动下,中美高能物理领域开始了密切的合作,他和李政道也结下了深厚的友情,每一年李政道先生都会给他寄一张手绘的新年贺卡。在陈和生看来,这些贺卡不只代表着他们的友谊,也让他时时想起从前辈身上所学到的治学精神。

“因为工作关系,我和李政道、丁肇中、杨振宁等三位华人诺贝尔奖获得者都有密切联系。在我做高能所的所长以后,跟李政道先生接触非常多,在我们最困难的时候,他讲的那些话,对我们是非常大的一个激励。”陈和生表示。

在《吾家吾国》栏目中被主持人问及“您觉得被他们影响最深,在您身体上的烙印是什么”的时候,陈和生表示,是“严谨的科学作风、奉献科学的精神”。

「科学强国」“超级显微镜”下的微观世界长什么样

陈和生说:“中华民族的伟大复兴,关键之一是要做到高水平科技自立自强。实现高水平的科技自立自强是我们这几代人的历史使命。”谈及过去奋斗的艰难,陈和生一直都轻描淡写,他更关注年轻人的成长,“要对年轻人的价值观进行引导,让他们看到自己发展的机遇,让他们看到对国家发展的贡献。”

2017年8月27日,散裂中子源打靶成功。当天晚上,散裂中子源的年轻人很高兴,在外面的餐馆里吃饭。隔壁饭桌的人听说他们是散裂中子源的,打靶成功了,就表示,把今天的单买了。“这是一件小事,但是感觉到社会对团队的尊重。”陈和生表示。

散裂中子源造价高、技术复杂,中子探测起来也非常困难,实验的难度非常高,所以在中国的散裂中子源建成之前,全世界只有3台,英国的卢瑟福实验室、美国的橡树岭实验室和日本的原子能机构。经过大约20年的谋划和建设,2018年8月,中国自己的散裂中子源终于在广东东莞“横空出世”,正式投入运行。由此,我国成为世界上第4个拥有这一科技“重器”的国家。

近年来,我国建成的上海光源、散裂中子源等大科学装置,在提高自主创新能力方面发挥了重要作用,大大缩小了与发达国家的差距。与此同时,围绕这些大科学装置建成的科学与技术中心,也具有特殊的辐射、示范、引领作用,逐渐构筑起了重要的创新高地。

资料来源:

1、《中国科技信息》杂志社《陈和生院士:探索微观世界的“火眼金睛”》

2、CCTV-2财经频道《中国经济大讲堂》栏目

3、中央电视台《吾家吾国》栏目

作者:刘建华

编辑:郭玲

审校:龚紫陌



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原文地址《 「科学强国」“超级显微镜”下的微观世界长什么样》发布于2022-6-6
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