廣告復(fù)旦大學(xué)邯鄲校區(qū)的一個(gè)小院里，藏著一件“鎮(zhèn)院神器”——上海電子束離子阱裝置。之所以說它是“神器”，主要是因?yàn)檫@種相關(guān)領(lǐng)域全國唯一、全球也僅有8臺的大科學(xué)裝置，是幾乎唯一一種可以穩(wěn)定產(chǎn)生類日冕高溫等離子體，從而開展太陽物理“天地聯(lián)合實(shí)驗(yàn)”的裝置。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者了解到，這個(gè)占據(jù)超過300平方米空間的“大家伙”，并不是買來的商業(yè)成品，而是由復(fù)旦大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系的教授和博士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一個(gè)個(gè)部件、組裝起一個(gè)個(gè)螺栓，用10多年時(shí)間一點(diǎn)一點(diǎn)徒手“搓”出來的。
“最早的時(shí)候，它是我們系為軍工研究建立的一個(gè)裝置。隨著我國科技的發(fā)展，現(xiàn)在我們用它來做更多的拓展性研究。”復(fù)旦大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系副教授楊洋參與了這臺實(shí)驗(yàn)裝置的更新工作，是當(dāng)時(shí)徒手“搓”機(jī)器的“四大金剛”之一——當(dāng)時(shí)，4名與他年齡相仿的復(fù)旦核科研究生在項(xiàng)目首席科學(xué)家的帶領(lǐng)下，歷時(shí)4年多，升級建造了一臺全新的超級電子束離子阱裝置。
目前，這臺巨大的機(jī)器可以用來模擬恒星表面星冕區(qū)域的特殊環(huán)境。它具有無可替代的優(yōu)勢——能在1立方厘米空間里，同時(shí)實(shí)現(xiàn)極高真空、超強(qiáng)磁場和最高1.5億攝氏度以上的極限環(huán)境，而與之一壁之隔（1立方厘米之外）卻是零下270攝氏度的超低溫區(qū)域與之共存?？梢哉f是宇宙中少有的方寸之間極限兩重天的環(huán)境。
“這臺機(jī)器的外延有8條各具功能的管道，這些管道都指向中間一個(gè)核心區(qū)域，也就大約1立方厘米的空間。我們就是在這1立方厘米里面模擬出宇宙中恒星表面星冕的環(huán)境。”楊洋告訴記者，這就是科學(xué)的魅力所在——為了研究某個(gè)問題，你可能需要在數(shù)百平方米的大裝置中構(gòu)建出一塊1立方厘米的特殊空間，并在這個(gè)極限小空間里做實(shí)驗(yàn)、取數(shù)據(jù)。
楊洋介紹，當(dāng)時(shí)這臺裝置中的許多模塊，都是全國首創(chuàng)。既買不到現(xiàn)成的成品，也沒有國外經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。這臺裝置的“一磚一瓦”都要靠師生自己設(shè)計(jì)圖紙、找工廠來加工制作。“四大金剛”的一個(gè)重要工作，就是到工廠去蹲點(diǎn)，和工人師傅一起，一點(diǎn)一點(diǎn)把某個(gè)需要的零部件，通過工藝上的不斷打磨，加工和制作出來。零部件回來后，還要學(xué)生們自己動手安裝到這個(gè)裝置上去。
安裝過程本身，也會面臨各種問題。有一次，在安裝一個(gè)零部件時(shí)，一個(gè)密封件意外斷裂了，關(guān)聯(lián)的一個(gè)緊固螺栓掉落了。這個(gè)螺栓恰好滾落到了1立方厘米這個(gè)關(guān)鍵部位附近。
楊洋說，一個(gè)小螺栓的出現(xiàn)，很有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的徹底失敗，“我們需要營造的空間具有一個(gè)超強(qiáng)的均勻磁場，一個(gè)螺栓就會極大改變局域的磁場環(huán)境，讓努力前功盡棄”。
按常規(guī)方法取出這個(gè)螺栓，就要把整個(gè)已搭建得差不多的裝置拆了重裝，而看上去像“鍋爐罐”裝置，光核心區(qū)就有五六層之多。同學(xué)們大致算了一下，拆裝的時(shí)間在1年以上。為了把這枚螺栓取出來，一群博士生和教授聚在一起琢磨了兩周時(shí)間。最終，他們采用“吸塵器大法”安全地把螺栓取了出來。
這種方法雖然類似吸塵器，但對吸力要求很高，并且由于管道彎曲復(fù)雜，僅能容納8毫米直徑的吸管進(jìn)入，且螺栓不能直接從管里吸出來。為此，復(fù)旦師生們采用了無油渦旋干泵和高強(qiáng)PVC管，并自己加工了轉(zhuǎn)接接口。但螺栓的滾落位置又太深，無法目視定位。于是，幾個(gè)同學(xué)又想辦法買來了做手術(shù)用的柔性內(nèi)窺鏡，就像做手術(shù)一樣，雙人配合操作這個(gè)內(nèi)窺鏡與吸管，七拐八繞之后，成功把螺栓吸在了吸管口，并安全取了出來。
楊洋告訴記者，在建造全新儀器裝置的“搓機(jī)”的過程中，“意外”是一種常態(tài)。每一次“意外”，都考驗(yàn)著師生們解決問題的能力和水平。
比如，這臺機(jī)器要營造零下270攝氏度以下的低溫環(huán)境，不可避免地要用到液氦這一國家戰(zhàn)略資源。我國本身沒有大量的含氦礦儲量，科研機(jī)構(gòu)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的液氦基本都要從國外進(jìn)口。但因?yàn)檫@是全球稀缺的不可再生資源，買起來也并不容易。
“有一陣子，外國公司突然停止銷售液氦給我們。”楊洋說，這時(shí)候復(fù)旦核物理團(tuán)隊(duì)就必須考慮“自力更生”。他們自研了一套液氦回收系統(tǒng)，讓液氦池儲量不僅實(shí)現(xiàn)了“零蒸發(fā)”，如果注入氦氣還能實(shí)現(xiàn)負(fù)蒸發(fā)而凝結(jié)出液氦，從而大大降低了大裝置對液氦資源的依賴。
“就像電影《沙丘》里弗雷曼人都穿著一件蒸餾服，專門用來吸收并轉(zhuǎn)化人體排出來的水分一樣，你可以想象，我們的機(jī)器也有一件這樣的‘衣服’，它可以讓我們的液氦實(shí)現(xiàn)零蒸發(fā)。”楊洋說，復(fù)旦核物理團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“液氦注入一次就可以在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)一直有”。
楊洋說，“手搓”一臺大科學(xué)裝置，看上去很辛苦、很費(fèi)腦細(xì)胞，但在這一過程中，也能幫助學(xué)生甚至一個(gè)領(lǐng)域誕生很多新的想法。比如，前述液氦回收系統(tǒng)后來就被應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，一些參與該項(xiàng)目的年輕人也由此獲得靈感進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，“一點(diǎn)一點(diǎn)地累積新技術(shù)、新辦法，從小小的萌芽變成大大的產(chǎn)業(yè)。復(fù)旦給的這個(gè)鼓勵年輕人動手‘搓’裝置的平臺和機(jī)會，對我們來說十分珍貴”。
復(fù)旦大學(xué)邯鄲校區(qū)的一個(gè)小院里，藏著一件“鎮(zhèn)院神器”——上海電子束離子阱裝置。之所以說它是“神器”，主要是因?yàn)檫@種相關(guān)領(lǐng)域全國唯一、全球也僅有8臺的大科學(xué)裝置，是幾乎唯一一種可以穩(wěn)定產(chǎn)生類日冕高溫等離子體，從而開展太陽物理“天地聯(lián)合實(shí)驗(yàn)”的裝置。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者了解到，這個(gè)占據(jù)超過300平方米空間的“大家伙”，并不是買來的商業(yè)成品，而是由復(fù)旦大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系的教授和博士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一個(gè)個(gè)部件、組裝起一個(gè)個(gè)螺栓，用10多年時(shí)間一點(diǎn)一點(diǎn)徒手“搓”出來的。
“最早的時(shí)候，它是我們系為軍工研究建立的一個(gè)裝置。隨著我國科技的發(fā)展，現(xiàn)在我們用它來做更多的拓展性研究。”復(fù)旦大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系副教授楊洋參與了這臺實(shí)驗(yàn)裝置的更新工作，是當(dāng)時(shí)徒手“搓”機(jī)器的“四大金剛”之一——當(dāng)時(shí)，4名與他年齡相仿的復(fù)旦核科研究生在項(xiàng)目首席科學(xué)家的帶領(lǐng)下，歷時(shí)4年多，升級建造了一臺全新的超級電子束離子阱裝置。
目前，這臺巨大的機(jī)器可以用來模擬恒星表面星冕區(qū)域的特殊環(huán)境。它具有無可替代的優(yōu)勢——能在1立方厘米空間里，同時(shí)實(shí)現(xiàn)極高真空、超強(qiáng)磁場和最高1.5億攝氏度以上的極限環(huán)境，而與之一壁之隔（1立方厘米之外）卻是零下270攝氏度的超低溫區(qū)域與之共存。可以說是宇宙中少有的方寸之間極限兩重天的環(huán)境。
“這臺機(jī)器的外延有8條各具功能的管道，這些管道都指向中間一個(gè)核心區(qū)域，也就大約1立方厘米的空間。我們就是在這1立方厘米里面模擬出宇宙中恒星表面星冕的環(huán)境。”楊洋告訴記者，這就是科學(xué)的魅力所在——為了研究某個(gè)問題，你可能需要在數(shù)百平方米的大裝置中構(gòu)建出一塊1立方厘米的特殊空間，并在這個(gè)極限小空間里做實(shí)驗(yàn)、取數(shù)據(jù)。
楊洋介紹，當(dāng)時(shí)這臺裝置中的許多模塊，都是全國首創(chuàng)。既買不到現(xiàn)成的成品，也沒有國外經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。這臺裝置的“一磚一瓦”都要靠師生自己設(shè)計(jì)圖紙、找工廠來加工制作。“四大金剛”的一個(gè)重要工作，就是到工廠去蹲點(diǎn)，和工人師傅一起，一點(diǎn)一點(diǎn)把某個(gè)需要的零部件，通過工藝上的不斷打磨，加工和制作出來。零部件回來后，還要學(xué)生們自己動手安裝到這個(gè)裝置上去。
安裝過程本身，也會面臨各種問題。有一次，在安裝一個(gè)零部件時(shí)，一個(gè)密封件意外斷裂了，關(guān)聯(lián)的一個(gè)緊固螺栓掉落了。這個(gè)螺栓恰好滾落到了1立方厘米這個(gè)關(guān)鍵部位附近。
楊洋說，一個(gè)小螺栓的出現(xiàn)，很有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的徹底失敗，“我們需要營造的空間具有一個(gè)超強(qiáng)的均勻磁場，一個(gè)螺栓就會極大改變局域的磁場環(huán)境，讓努力前功盡棄”。
按常規(guī)方法取出這個(gè)螺栓，就要把整個(gè)已搭建得差不多的裝置拆了重裝，而看上去像“鍋爐罐”裝置，光核心區(qū)就有五六層之多。同學(xué)們大致算了一下，拆裝的時(shí)間在1年以上。為了把這枚螺栓取出來，一群博士生和教授聚在一起琢磨了兩周時(shí)間。最終，他們采用“吸塵器大法”安全地把螺栓取了出來。
這種方法雖然類似吸塵器，但對吸力要求很高，并且由于管道彎曲復(fù)雜，僅能容納8毫米直徑的吸管進(jìn)入，且螺栓不能直接從管里吸出來。為此，復(fù)旦師生們采用了無油渦旋干泵和高強(qiáng)PVC管，并自己加工了轉(zhuǎn)接接口。但螺栓的滾落位置又太深，無法目視定位。于是，幾個(gè)同學(xué)又想辦法買來了做手術(shù)用的柔性內(nèi)窺鏡，就像做手術(shù)一樣，雙人配合操作這個(gè)內(nèi)窺鏡與吸管，七拐八繞之后，成功把螺栓吸在了吸管口，并安全取了出來。
楊洋告訴記者，在建造全新儀器裝置的“搓機(jī)”的過程中，“意外”是一種常態(tài)。每一次“意外”，都考驗(yàn)著師生們解決問題的能力和水平。
比如，這臺機(jī)器要營造零下270攝氏度以下的低溫環(huán)境，不可避免地要用到液氦這一國家戰(zhàn)略資源。我國本身沒有大量的含氦礦儲量，科研機(jī)構(gòu)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的液氦基本都要從國外進(jìn)口。但因?yàn)檫@是全球稀缺的不可再生資源，買起來也并不容易。
“有一陣子，外國公司突然停止銷售液氦給我們。”楊洋說，這時(shí)候復(fù)旦核物理團(tuán)隊(duì)就必須考慮“自力更生”。他們自研了一套液氦回收系統(tǒng)，讓液氦池儲量不僅實(shí)現(xiàn)了“零蒸發(fā)”，如果注入氦氣還能實(shí)現(xiàn)負(fù)蒸發(fā)而凝結(jié)出液氦，從而大大降低了大裝置對液氦資源的依賴。
“就像電影《沙丘》里弗雷曼人都穿著一件蒸餾服，專門用來吸收并轉(zhuǎn)化人體排出來的水分一樣，你可以想象，我們的機(jī)器也有一件這樣的‘衣服’，它可以讓我們的液氦實(shí)現(xiàn)零蒸發(fā)。”楊洋說，復(fù)旦核物理團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“液氦注入一次就可以在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)一直有”。
楊洋說，“手搓”一臺大科學(xué)裝置，看上去很辛苦、很費(fèi)腦細(xì)胞，但在這一過程中，也能幫助學(xué)生甚至一個(gè)領(lǐng)域誕生很多新的想法。比如，前述液氦回收系統(tǒng)后來就被應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，一些參與該項(xiàng)目的年輕人也由此獲得靈感進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，“一點(diǎn)一點(diǎn)地累積新技術(shù)、新辦法，從小小的萌芽變成大大的產(chǎn)業(yè)。復(fù)旦給的這個(gè)鼓勵年輕人動手‘搓’裝置的平臺和機(jī)會，對我們來說十分珍貴”。
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