• 汇集公众科学智慧交流科学思想见解
  • 点燃科学智慧火花构建互动交流平台
科学智慧火花
科学前沿学术沙龙
查看评论  0                

综合极端条件实验装置建设

主办单位: 中国科学院老科协
承办单位:中国科学院老科学技术工作者协会物理所分会
举办时间:2018-10-23       【字号: 访问量:

目录

简介        
主持人致辞        
主旨报告            
邀请报告            
讨论与交流        
主要专家简介:
  1. 吕惠宾(主持人),中科院老科协物理所分会理事长,中科院物理所研究员、博士生导师。
  2. 吕力(主旨报告人),中科院物理所研究员、博士生导师,物理所大科学装置的首席科学家兼副经理,固态量子信息与计算实验室主任。兼任中国物理学会出版委员会主任、低温物理专业委员会主任,美国物理学会会士,英国物理学会会士。主要研究方向: 极低温下的拓扑量子物态研究。
  3. 金铎,邀请报告人。中科院物理所研究员,中科院原基础局局长, 中科院老科协副理事长。973项目专家组成员,国家发改委大科学装置规划制定专家,物理所大科学装置评审专家。
  4. (以下按姓氏笔画排列)
  5. 车荣征,物理所极端条件物理实验室研究员(退休)。
  6. 朱化南,物理所物科光电技术有限公司经理、研究员(退休)。
  7. 吕惠宾,中科院老科协物理所分会理事长、 物理所光物理实验室研究员、博士生导师(退休)。
  8. 李明,中科院物理所研究员、所党委副书记。主要研究方向:单分子生物物理、膜生物物理。郭尔佳,物理所光物理实验室特聘研究员。
  9. 吴令安,物理所光物理实验室研究员、博士生导师(退休)。
  10. 张宏伟,物理所大科学装置与基础设施处处长。
  11. 陈万春,物理所晶体学实验室研究员(退休)。
  12. 陈兆甲,物理所极端条件物理实验室研究员、博士生导师(退休)。
  13. 麻莉雯,中科院老科协办公室主任。
展开

【简介】

 

综合极端条件实验装置是中国科学院在国家发改委的支持下部署的国家重大科研装备研制项目。包含了极低温、强磁场、超高压、超快超强激光等极端实验条件,实现部分极端条件的综合与交叉。并围绕这些极端条件建立一系列实验支撑系统,包括物性表征系统、电学量子调控系统、光学量子调控系统、固体核磁共振量子调控系统、高压和超高压发生系统、超短超强激光场产生系统、极端光场先进操控系统、极端条件下多电磁波段诊断系统、极端条件下高能粒子先进诊断系统等。将被用于开展综合极端条件下的材料和物态、量子输运、量子自旋电子学、固态量子计算、极端相对论物理、高能量密度物理以及超快物理与化学过程等量子论、相对论方面的前沿研究。

[返回]

 

【主持人致辞】

 

吕惠宾: 各位领导,各位同事,早上好!欢迎大家来参加物理所分会举办的学术沙龙。今天沙龙的主题是物理所承担的在财政部支持下建设重大科研项目中的“综合极端条件实验装置建设”,我们大家都非常的关心。今天参加沙龙活动的大部分是物理所老科协成员,曾经都是在科研战线的学术带头人和科研骨干。另外还有一位,我特意介绍一下,是最近作为百人计划引进的郭尔佳研究员,他听说这个沙龙非常感兴趣,我们也欢迎他来参加。现在先请物理所的党委副书记兼纪委书记李明研究员讲话。

李明: 各位前辈,大家好!很高兴参加物理所老年科协分会举办的学术沙龙活动。今天来的大部分都是物理所的老前辈,非常亲切。客套话就不说多了,我简单地给大家介绍一下物理所最近的一些发展状况。从年初开始,物理所新一届领导班子规划了“一村三湖”的新战略。目的是响应习总书记号召,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求,加快科技创新,掌握全球科技竞争先机。所谓“一村”,就是中关村;“三湖”是北京的雁栖湖、溧阳的天目湖和东莞的松山湖。中关村是总部,延续物理所的传统,集中在前沿基础方面开展研究。在雁栖湖主要是依托大科学装置,例如北京综合极端条件装置、材料基因组研究平台和新能源和电池研究平台等开展研究。在松山湖,物理所承建材料科学广东省实验室,专注于材料技术和工艺研究,将基础研究成果向应用方面拓展。在天目湖,我们再往前走一步,朝产业化方向发展。同时,我们在天目湖也会承担一些社会责任,比如说建立一个科普基地,面向全国开展科学普及工作。这是一个大的布局,现在还刚刚开始,通过我们这代人甚至是下一代人的努力,一定会做好。我们大家都希望物理所能快速步入世界一流,并能在凝聚态物理方面起到引领潮流的作用。物理所之所以能够有这种气魄,能取得这么大的成就,跟老一辈科学家为物理所做的贡献和打下的基础是分不开的。今天跟大家汇报物理所的新发展,也是借此对各位老师表示感谢。谢谢大家。祝会议圆满成功!

吕惠宾:下面我们就进入主题部分。在报告之前我简单的介绍一下作报告的同志。第一个主讲人吕力,我们请到他非常高兴。第二个报告人是金铎。请两位给我们做报告。

[返回]

 

【主旨报告】

 

吕力:综合极端条件实验室装置

各位前辈老师好、各位领导好。谢谢吕惠宾老师的邀请。建设“综合极端条件实验装置”这一想法,是物理所在2001年成立了极端条件实验室之后逐渐形成的。物理所为了推动在北京怀柔建设这一大科学装置,于2004年成立了筹备小组。金铎老师在这个战略布局中起了很大的作用。今天几位老师都在座,我汇报中有不清楚不恰当的地方,可请教金老师等前辈。

大家都知道我们的宇宙,它是来自于一次大爆炸,从高热、高压、高温的状态膨胀了以后,慢慢冷却,冷却到一定的程度,我们就有了一些星系,有恒星,有地球这样的行星。在压力、温度非常温和的环境里面,就产生了生物,像我们这样的人类。人类作为宇宙的一部分,现在想要知道,我们从什么地方来?将来往哪个地方发展?也思考这些大的问题。

在这个过程当中,工具的应用,一直是起着至关重要的作用。望远镜的发现,导致了天文观测等等方面的进展,导致了牛顿力学的建立。显微镜的发明,使得我们看到了细菌,对生物学发展起到了非常重要的贡献。欧洲的强子对撞机,这是目前地球上最大的科学仪器,前段时间发现了希格斯粒子,我们认识自然、改造自然,这个过程当中,工具起着至关重要的作用。

我们在地球上的生活环境是一个相对温和的环境。但这只是一个特例。在宇宙中,高温、高压、强磁场等极端条件比比皆是。我们要在实验室里建的这个极端条件,极低温度要比宇宙的背景辐射2.7K低一千倍(2.7mK),强磁场比地球的磁场高50万倍(约30T),压力要达到地心的压力(约380GP),超快的光场要达到电子振动的时间单位(阿秒=10-18秒)。

图1综合极端条件

科学研究像探险一样,你站的更高就能看的更远,你挖地越深就能发现更多的宝藏。我们目前的研究条件叫常规条件,通常比较容易达到。我们希望拓展研究空间到更广的范围,可以研究更多的现象,这就是我们的综合极端条件装置研究想要达到的目的。

图2极端条件调控范围

综合极端条件可以大大拓展物质科学的研究空间,为解决当前科学技术中的疑难问题,为发现新物态、探索新现象、开辟新领域,创造前所未有的机遇。过去很多年,利用不断拓展的条件,人们发现了很多非常重要的现象。如1985、1996、1997、1998、1999、2001、2003、2005年等多次诺贝尔物理奖的获得者,都是借助极端条件取得创新和突破。现在综合极端条件的运用已经变成了科学研究取得突破的重要范式。

以极低温为例,3He超流的发现获1996年物理诺贝尔奖,3He有很多个相,有的相还是超导的。3He的物态是多个极端条件的函数,与温度、压强和磁场相关。整数量子霍尔效应的发现获1985年诺贝尔物理奖,当时实验条件是1K温度和8T磁场,不是很极端,但那个年代也是很不容易。

我们这个装置,2004年物理所成立怀柔基地筹备小组,2007年科学院承担了一个财政部的项目,叫“综合极端条件系统”,实际上这些是我们怀柔这个大项目的前期研究。2007年到2016年期间,经历了很长时间,非常的不容易,丁洪从美国回来后,有一段时间一直牵头做这件事情。到2016年国家发改委正式批复项目建议书。2017年批复了可行性报告、初步设计及概算,去年的9月28号“综合极端条件实验装置”项目正式启动。现在一年过去了,目前仍处于基建阶段,在建的实验楼基本封顶了。

在申请的过程当中,跟教育部、吉林大学联合,一起作为共建单位。我们在北京还有合作单位,超导磁体和电工所合作,还有个别项目是和北大与清华合作。

下图是我们在建综合极端条件实验系统的建筑设计图。

图3建综合极端条件实验系统的建筑设计图

主要包括极端条件物性表征系统、高温高压大梯级材料研究系统、极端条件量子态调控系统、超快条件物质研究系统、公共辅助设施系统,还有土建工程。北京的建筑面积是48000平方米,发改委批复总投资近16个亿,北京近14个亿,建设周期是5年。大概分两步走,第一步是跟北京同步辐射光源没直接关系的独立装置,主要包括低温、高压、磁场、激光,在系统里把激光一起综合进来,有一定的特色,称为一期。第二步把建立的独立装置和北京的同步辐射光源结合起来,称为二期。

全部装置分成三大块。第一块是极端条件下的材料表征系统,北京部分主要利用低温、强磁场。高压综合极端条件研究材料的物性。长春部分在吉林大学,主要侧重高温高压大体积材料的研究。第二块是极端条件下的量子态调控系统,主要是在非常低的温度下对量子态进行调控。第三块是研究超快过程。我们将围绕综合极端条件,建立一系列研究测量的配套设施,如磁性测量、热学测量、输运测量、结构分析、磁性测量、力学性质测量、超快谱学成像等等。一共分成4个系统,17个子系统。还有辅助设施、低温工厂、加工平台等。

图4“综合极端条件实验装置”构成图

“综合极端条件实验装置”的主要指标包括:最低温:1mK,最高压:300GPa,最高磁场:26T;时间分辨:亚飞秒。最高磁场的指标是26T,但我们希望做到30T。

我们希望“综合极端条件实验装置”建成后,第一能够实现极低温、强磁场和超高压条件下的多种先进物性和材料的表征测量,为解决物质研究中的关键科学问题提供有力的实验支撑。第二,能够在极低温强磁场等综合极端条件下对量子过程进行调控研究,在超导量子计算、拓扑量子计算、纳米电子学等研究方向上突破经典调控的极限,建立新的量子调控技术,研制出新的量子器件。第三,能够集成多种超快辐射源,对原子、分子、固体以及表面中的微观超快动力学行为进行科学研究。

图5极端条件下的材料表征系统

图6极端条件下的量子态调控系统

图7超快条件物质研究系统

图8超快电镜和超快电子衍射

“综合极端条件实验装置”建设项目去年9月份开始动工,希望到明年的这个时候楼都盖好。现在已经开始订各种各样的仪器设备,到明年这个时候可以到货了,我们开始安装调试。到2022年,整个这个项目要验收。组织管理方面我就不仔细说了。谢谢大家。

[返回]

 

【邀请报告】

 

金铎:综合极端条件实验室的立项和规划

物理所建设的这个设施叫做综合极端条件设施,我想讲一讲工程设计的主要情况。所有的技术背景、学术背景、科学背景,以及要建设什么内容,是吕力负责,而且吕力是整个工程的首席负责人,所以他讲是最合适的。酝酿了好长时间,好多年,现在好不容易开工了,进行开工初期的工作非常忙,他能来也非常不容易。

我是从酝酿这个项目开始,到形成项目内容,是跟吕力他们一起来完成讨论,也跟院里和发改委一起,参加这个项目。所以我就想讲讲这个项目酝酿的过程,形成的由来。主要的意思,想介绍一下像我们物理所这样一个研究所,历来是从事中小规模研究课题的研究,最后出现了要建设一个大科学装置。

在座的有搞激光、光学的,还有高压的,我是搞低温的,我们也有同事搞磁学、强磁场。物理所对极端条件的研究,极低温、强磁场、高压和超强激光的装置非常熟悉,我们原来的这些不属于大科学装置,现在的叫法是“重大科学基础设施”,而传统上的是比较中小型的。

我从院里岗位上退下来以后,十多年来一直帮助发改委做大科学装置的规划工作,布局和项目遴选。也看了一些资料,发现在很早以前,人们把极低温的工作认为是大科学,但后来时间不长很快就把工作排除到大科学之外了,因为它的科学形态和大科学不一样。

无论从装置的规模、研究队伍,它就是小团队研究,是领头科学家小团队的研究。小组在这儿研究一个小课题,或者几个组联合起来,研究一个课题,但并不太大,而且研究也没有特别的要相互配合的计划,服务对象就是自己,自己给自己做装置,自己来进行研究。物理所这几个装置做了跟多了,从国家支持来说,就是支持一般的研究经费,很多经费都需要团组自己去争取。但是后来渐渐的,这方面的研究工作有了转变,就向大科学设施转变。

我要介绍一下大科学设施的特点,大家一般就觉得这个设施规模大、尺度非常大,包括了非常大的装置,包括我们知道的天文望远镜、加速器等。规模大不是主要的,它为什么有这么大规模呢?有的甚至形成系统,就是它非常完整的,为一些大科学研究计划所必须的一些设施,同时又是许多单位、许多队伍联合起来进行研究,所以研究队伍非常大,这样一来,设施就规模大,技术也就非常复杂。这样的设施,往往是由国家专门投资来建设,做一个国家拥有的一个研究设施。这就决定了它的性质,这个设施是国家所有,全社会所拥有,而不是一个单位或一个部门,不是科学院所有,也不是物理所所有,更不是研究室的。一般的那些仪器,它的拥有权是下面的单位,国家队伍来插手的这个重大科技基础设施,大科学装置,这是国家所有,国家委托某个单位、某个部门来管理,国家包着这个设施的所有的经费。我们已经开始鼓励企业、产业投入来支持,但是从原来的建设经费,完全是国家出,运行经费,国家完全包了,还有所有的研究经费,也是从国家申请,国家委托。那么在我们国家现在形成了建设经费由发改委出,运行经费由财政部专门支持,发改委建了一台装置,财政部负责每年拨运行经费,运行经费也是非常巨大,财政部拨的比例就是建设经费的十分之一,拨给每年的运行经费,运行十年就把建设经费超过了,所以财政部的拨款远远大于建设经费的。当然还有科技部、基金委等单位,要负责支持研究经费。也正是因为这样,这个设施必须是开放共享,向全社会开放,包括国内的,甚至是国际的。当然学术界之外的,他想研究,也可以申请来用,用于科学研究的目的也是完全免费的,不需要付经费,只需要自己带着仪器来接入测量,只负责自己那部分就可以了。在重大基础设施运行上面,我说的不完整,但主要的特点都表现在这里,跟中小型仪器那是完全不一样,中小型仪器是属于小组的、研究室的,或者公共实验室等研究机构,但重大科学基础设施完全是国家的。

极端条件设施里,强磁场首先纳入到重大科学基础设施里面,国际上也是如此。首先它建得很大,技术非常复杂,而且必须要建强磁场,你就不能说只建一个,而是20天、30天、40天,就一系列的建起来。所有这些有公共的供电系统,公共的冷却系统,一个一个单独弄,每一个用电都很大,如果分布得很广的话,民间也不允许。比如说我们建国家强磁场实验室的时候,到好几个城市去调研能否建在他那儿?一说用电当地就反对,因为好几十兆的功率,对民用电很大干扰。合肥有留出的地方,当时无论上海、北京都不接受,因为支撑条件要求太大了,它的冷却等需大量的用水,都是很大的负担,所以要建大型的运行系统,需要一支大型的队伍,包括服务的工程技术型人员。最重的是在这样的系统上,可承载国家级的,甚至是国际合作的非常巨大的研究项目,这是单个小设施,单个小仪器没法承担的工作。正因为如此,服务对象和用户非常多,遍及整个科学界,甚至国际上的用户也非常多,就像我们合肥的装置,它每年很多人到这儿进行研究,因为这是世界上唯一的一台全超导的装置,所以也就满足大家将来在上面要做相当多的原理性的工作,这就成为国际合作非常热的平台。

超强激光系统也纳入了大科学设施系统。极低温、高压等,都非常熟悉,原来都算是大型的仪器,但还算中型以下的,综合起来以后发展成为重大的基础设施,首先是由它的研究性质来决定。在极端条件的设施方面,出现了个新的重要的方向,是跟光源和中子源结合,形成诊断仪器中间的一部分。像美国、欧洲,都把极端条件的设施建在跟光源同步,跟中子源一道,未来光源和中子源都是具有极端条件的设施,自然就成为大科学设施的一个部分。

我们自在研究的时候发现,不仅仅需要单个的极端条件,而且需要不同极端条件的组合。这个组合往往带来很大的新问题,就是在组合的极端条件下,不一定能够运转得很好。低温和强磁场是矛盾的、是排斥的,我们怎么组合好,取得最佳的性能。单个极端条件不具备的科学问题,技术问题,使得这方面的研究成为具有专门性的研究,需要有专门的科学知识,和专门的技术知识,技术条件。所以就形成了追求性能最佳的综合极端条件设施这样一个新的需求,成为了新的方向。最终发展使得综合极端条件,成为一个规模相当大、技术非常复杂,远远超过以前的单台设备,这样的一个大科学设施。

我们所建立世界上第一台综合极端条件大科学设施,提出来之前,好像还没有其它国家提出来。我们提出来以后,在国际交流中间,发现其它国家非常认可,也都觉得他们原来为什么没有想到,他们可能也要建设这方面的设施。

我的介绍就是这些内容,我觉得今后发展的方向有两方面,一个是刚才说的,我们要继续参加北京光源的建设,把技术条件和北京光源结合在一起,成为能力更强的大科学设施。综合极端条件本身,还有继续提升的能力,要扩展综合极端条件设施的能力和性能。象超强超快激光,无论是高压还是极低温,都有很大提升的空间,所以这两方面的工作,希望能够做好准备,并且适时给出这两方面升级的工作。我最后有一点体会,就是无论是大科学还是小科学研究,当然没有专用名词叫“小科学研究”了,但比起大科学研究来说,这两方面都是重要的,没有哪一方面是可以替代的,都是为探索科技前沿,具有不可替代的地位和作用,都不可偏废。但我们也应该看到,随着科学发展,有些原来小规模的研究工作,逐渐的向大规模研究发展,从而出现了更多要依托大科学设施来进行研究,甚至依托设施群来研究的一些工作,也就是发展成为,或者一部分的发展成为大科学的研究。对于科研机构来说,必须敏锐的觉察到这种变化和需求,及时的提出新的发展和建设的措施,这样一些措施提得及时,可能会推进后续多年的发展,如果失去机会,也可能会被别人抢占了高地,可能非常遗憾。我自己的体会,物理所抓住了这个机会,现在联合高校一起,建设北京综合性的国家科学中心,全国现在只建三个综合科学中心,一个在北京建的怀柔。第二个是在上海建,已经开建了,而且可能走得比北京还要快得多。第三个就是在合肥。这样三个综合性的国家科学中心开建以后,全国各地纷纷都来争取,觉察到这种需求,及时的提出建设的方案,这是非常关键的,有很大的作用。

[返回]

 

【讨论与交流】

 

吕惠宾: 各位,我们现在进行讨论,有什么疑问、想法和建议,大家都可以畅所欲言。

朱化南:我提个问题,就是那几个主要的物理量,给出承诺的那个指标,其中超快超强激光,给了100阿秒,但是超强是个什么样的指标?

吕力:朱老师您的问题非常好,这个超强我们没有指标,但是做的时候,应该有个指标,比如说,能量是多少,应该有的。现在光学系统方面是魏志义负责。

朱化南:超强磁场是在吉林?

吕力:不是,超强磁场是在合肥。

朱化南:在怀柔基地,高压条件能用得上吗?

吕力:在建这个项目的时候,我们建议要建极端条件装置,吉林大学也建议,有段时间相互之间还竞争。最后肯定是大家合起来。经过反复讨论,最后是形成这样一个意见,一部分在长春,一部分在北京的这样的格局。在北京,我们集中于相对比较小的高压系统,这样可以更好的跟其它条件结合,将来跟北京光源结合。而吉林那部分着重于大腔体高压装置,各种各样的大压机,六面顶、八面顶,体积比较大,可以合成材料。当然小腔体的也会做。

朱化南:不在怀柔?

吕力:对,怀柔是没有这个大的装置。我们做过小的装置,可以放到低温去,放在磁场里面,但是跟大压机不一样。

陈兆甲:我有点感想,装置对于科研是特别重要的,我是极端条件实验室的,经历过两次高温超导的热潮。1987年的高温超导,我们是紧跟美国、欧洲、日本,也算一个比较重要的阶段,但我们做出来,总是落后,为什么呢?设备不行。人家那个,一个想法出来,过两天就出来了,你可能做两个月都出不来,所以就不行。然后到了第二个阶段,铁基超导,那个时候,物理所全世界是领先的,因为那个时候我们的设备好了,我们想的比别人快点,因为条件成熟了,测量条件、极端条件,我们很快结果出来了。所以第二次高温超导研究,物理所是全世界领先的。刚才听到吕力和金铎的报告,非常兴奋,我们国家现在有力量,能够投入这么多资源,建设这么好的设备,那我们的科学水平肯定很快就能提升。我前几天到怀柔国科大,他们搞校庆,我去参加他们的校庆活动,那国科大,跟我们的极端条件大型装置靠得很近,而且这又是一次研究所和大学很好的结合,我觉得这也是个机遇吧,我是中国科技大学第一届学生,在1958年建校的时候,叫做“所系结合、全院办校”,我们的老师都是物理所派过去的,那个时候很快物理系就起来了,这次让我想起60年前。现在国科大,跟研究所合作,也是同样的是历史轮回吧。因为物理所有这么好的装置提供,所以物理所和国科大的配合,我想未来能够出更多的人才和科研成果。怀柔那个地方,确实非常好,怀柔开过APEC会,雁栖湖非常漂亮,气候也比城里好一些,虽然国科大已经建得差不多了,我们这边也要盖好了,那里确实是我们国家非常重要的一个科学科研基地,我们国家的发展,不仅是工业、农业,科学界也在快速的发展,我今天听了介绍,非常的兴奋,当然我们已经过时了,退休十几年了,现在有吕力他们这样的年轻人,把国家的科研搞得更好。就讲这么点感想吧。

吕力:像我这一辈人,更年轻的,赶上了好时机。其实各位前辈老师以往条件比较艰苦。但有很好的传统,很多东西都是自力更生自己去做。别的我不太了解,我知道,当时洪朝生先生回国做液化器,对两弹一星、卫星上天,有非常重要的意义。我们国家的第一台制冷机是物理所制造出来的,当时的老师们,他们用的条件是什么呢?比如说焊接,当时我们的焊料也不行,材料也不行,怎么把这个漏给补住?什么都用了,什么肥皂、面粉啊这些东西都用了,科学院有这个传统,我们有一批老师都是在非常艰苦的条件下,能够动手做很多非常了不起的东西。慢慢后来有一阵,经费多起来以后,大家去买仪器,国内很多学校都是这样。比如说,陈老师知道,低温的多功能物性测量系统,在国内我估计有上百台,学生做低温实验时,点点鼠标就行。所以有一批虽然说是做低温研究学生,实际上根本就不知道低温是什么。在这个情况下,有这样一个建设项目,我们建设有自己特色的实验装置,还是很有意义的。科学院的、物理所的传统,都是老前辈们流传下来的,不能让它断了。

吕惠宾:我请教一个问题,现在把低温、强场和超快等都综合起来,这个当然是非常重要的。我感觉到,实际上其更大的特点就是集中起来以后,可以进行综合测试。但复合起来,有很多矛盾,比如说在低温条件下,把激光直接引进去,也就是说强光和低温、强场和低温等,就带到很多很复杂的具体问题,具体有哪些考虑?

吕力:对,吕老师问到这个问题非常重要,也是我们在论证项目过程当中一直在考虑的问题。我们目前的认识是这样,首先是科学问题驱动,你到底要研究什么事情?用什么条件?这个是一个出发点。同时呢,反过来想想,我现在有了这么几个条件,可以研究些什么问题。最后是两个方向结合起来,不同的条件综合起来。我在报告里面说了,它是拓展研究的维度,使得进入更多的未知世界。但有的时候,它是矛盾的,比如说低温和强磁场,低温强磁场大家以为好像不矛盾,但实际上呢,还是矛盾的。因为加磁场后,引线微小的振动会切割磁力线,导致发热。在那么低的温度下,稍微有一点点热量就热起来了,所以极低温和强磁场有一定的矛盾性。再如激光跟低温,这个也是我们考虑的比较多的,你辛辛苦苦降到很低温度,激光一打就热起来了,所以说要追求有意义的综合指标。同时呢,我们也在思考,有没有什么问题是超强超快激光跟低温可以联合起来研究的?这个方向,有一个启发是这样,比如说在高空,那个地方温度很低,都是零下多少度,但为什么像流星啊,还有人造地球卫星返回的时候,会那么热,甚至把防护网烧坏了?在那么低的温度下,空气分子它的速度是很低的,但是你站在流星上,你发现分子的速度很大,动能很大,所以等效很热。从这个例子得到启发,如果我有一群电子在非常低的温度下,我用很强的激光一照,这一群电子是在电场下同步加速,尽管它动能很大,但相互之间保持一致,这样它是一个非常有序的状态,处于一个很低的温度。当然,如果说能量慢慢耗散掉,电子相互之间变得不同步了,电子的温度就起来了。所以,我们将来这个超快激光在低温下照射电子体系,在非常短的时间内电子仍然是处于很低温度的。诸如此类的问题,希望将来的装置建成以后大家可以一起去探究。

吕惠宾:包括电测量,也牵涉到装置中致冷的功率问题,比如说4K的时候,功率有多大?1毫K的时候,功率多大?

吕力:我们的制冷机,比如说,买来的制冷机,厂家告诉你最低可以达到比如说7毫K,那时候就没有制冷功率了。你任何测量用的电流、输入的能量,都使得这个系统比7毫K要高。随着温度越来越低,制冷功率越来越小,到最低温度时制冷功率为0。比如说我们实验室在二维电子气样品中达到了国际领先的4毫K电子温度,这个时候用的测量电流只是零点几个纳安到1个纳安,这是个宏观的样品,一个宏观的样品最后只是用0.1纳安的电流去测量它。这样算下来,功率就非常小了。要是加大电流,样品中的电子就热起来了。

吴令安:从2016年就开始动工了,一年多时间,这是咱们国家的特点。在国外,他们做事情非常慎重,他们一定要做充分的市场调查,就是对客户、用户,做统计,建模等等。我现在担心,我们国家投资那么大的物力、财力,到底最后这个用户是多少?我们好像有些东西,不像国外,人家是充分使用的。

吕力:吴老师这个问题也是非常好的,我们国家目前建的强磁场实验室在合肥,还有在武汉,他们现在用户非常多,比如说合肥强磁场实验室,水冷磁体可以达到30几T,混合磁体,就是水冷加上大的超导磁体,达到了40T,这个已经在用了。武汉的脉冲强磁场实验室,大家也都去用。我们这个装置建起来后,像低温下的一些谱学和输运测量,我们将能够达到26T,甚至是30T,我们是对用户开放的,希望很多人来用,我们的量子调控系统,就是专门用于量子计算,提供最好的低温环境。那么到底这些装置有多少用户群体呢?我们做过调研,目前大概有十来个大学,他们作相关的研究。我们有用户委员会,用户群体是需要培训的,这取决于有多少人在真正极端的条件下来开展研究。相对而言,强磁场的用户群体比较多,都希望在强磁场下看看有没有新的现象,比如说磁阻,或者量子振荡等。我们希望建成非常好的用户装置,有它自己的特色。在样品准备方面,比如说高压样品,很多都是技术活,实际上跟别的一些开放的用户装置,可能还有点不一样,你怎么把一个样品放到金刚石压头上,怎么放上电极等。

车荣征:这个大设备是开放型的,共享型的,激光条件实验来说,非常重要。我从做同步辐射讲起,同步辐射是1990年出光的,我1989年到德国开过一个会,关于高压电子辐射的,在那个会议上我非常感慨,为什么呢?在这之前我在国内奋斗了整整一个月的日日夜夜,在浦东做实验,做到178万大气压,这是国内第一次突破百万大气压。高兴的就是说验证了我们这个设备的稳定性、持续性,非常好。但遗憾的就是,我们为了取得一个光谱,必须要用一个星期的时间,才能得到一个点。到压高的时候,那就十天才能得到一个点。在德国开会的时候,国外他们都用同步辐射光,那很快呀,几分钟、十几分钟就能够得到一个点。所以回来以后,得到这个消息,关注我们出光,我赶紧跑到高能所,要做高压实验。跟他们交流了一次,说试一试,那么最简单的办法,看看能不能采到光谱?从此以后下决心建高压实验站。共享是非常重要的,实验站建后,到了1993年,就有很多用户想要做实验了,首先是吉林大学,还有地质所等,物理所可以做工作,其它的也能做工作。我们搞这个系统是非常艰苦的,没有经费,就是在所里仪器库的废品堆里找,搞起来的。带着研究生,接着去搭建的一个很土很土的实验室,但是可以做实验。现在我们条件好了,搞这样一个系统,是开放的。极端实验,搞起来不容易,哪个大学想搞研究项目,要搞一个极端实验,确实很难,经费、人力、物力、财力这些都很难,所以国内有这么一个系统,有综合的实验基地向全国开展,不愁没有好的成果。当然有一个问题刚才讲了,这个激光实验,不是那么容易的,几十个微米空间里,要把样品放进去,要把测压器放进去,这是很难的。加压的过程中,不小心基本上是要碎掉,这里面有很多技巧的,需要培训。在2005年,我们在高能所办了一个培训班,一个全国性的培训班,原来想来十几个人,结果一来来了二百多个人,很多高校和研究所的都来了。我始终有这个思想,极端条件建起来不容易,应用应该开展。我1960年到物理所,那个时候物理所的高压室正在发展,钱临照先生跟我说过,这个研究方法的进步,推动了物理工作,特别是高压,你压力到了多少,就可以观察到多少物理现象。所以2005年我们在高能所办了一个培训班,就是要普及高压下同步辐射能够做什么工作,能开展什么工作,然后这个实验应该怎么做,我们有现场的报告,还有现场的演示,还摆了一大排的显微镜,让大家看这个样品是什么样,怎么装,光怎么调等都需要培训。我想这边建好以后,可能也需要这方面的工作,因为有些东西很宝贵的,一个装置多少钱啊,不会用的人,可能一秒钟就把它破坏了。像低温,要降到那么低的温度,不是那么容易的。这个培训工作,一方面我们应该有这些人,会做实验的人,另外呢,来的人要培训。为什么呢?我有这样的体会,我们不培训的话,我们要累死的,我们要帮着调光、加压,整个过程,有的时候是彻夜在那守着,因为光是24小时提供的,所以要培训,培训了以后他们自己就能做事。这个基地建成了以后,其实有很多工作要做。刚才讲了,交叉的物理,你几个激光条件要交叉,比如说要做高压低温,做法又是不一样的,你要是将来在中子上做实验,做光学试验,又是不一样,所以这些东西有交叉,高温高压跟低温高压交叉起来,那里面的工作量就很大了,所以我们有了这个基地,有这个激光条件的话,下一步,后面的工作有一个交叉重叠,工作面就展开了。像国际上炒得很热的做金属氢的问题,那压力就不是一百万大气压,要到三百万大气压,而且要搞低温,这个氢才能够从气态变液态、液态变固态,固态变成金属态,这个争议也很多。我觉得这个基地建成很鼓舞,物理的工作就前进一步,就深入一步,我觉得这个基地建成,很有作为。1978年我在法国的时候,一个强场部,进去的人,都是不同的大学,甚至还有国外的。那个时候苏联的也来做实验,它里面有强磁场、极低温、超高压,都是开放的,利用率很高,都排着队。苏联一个所长来了以后,看到我在里面做实验,后来他就问我,你是怎么能够到这个实验室来的?因为这个强场部对社会主义国家是封闭的,他们不能进去,我当然也不能进去,我是靠那个所里的所长,莱尔实验室的所长,他说你做高压的话,我给你配一个实验,你跟着我可以到里面去,所以就到里面去了。苏联那个专家觉得很奇怪,你社会主义国家,你怎么能够到这儿来?后来有一天,他就请我吃饭,就问我,能不能把他也介绍到那做实验?我当然没有这个权利,说明有这么一个综合极端条件的实验室,很多人都想去,所以说我觉得,可以充分把这个利用好。

吕力:谢谢车老师,各位老师有很多很多宝贵的经验,可以随时跟我们联系。

吴令安:现在我问,可能有点早,这个收费怎么收啊?

吕力:国家发改委有运行费,刚才金老师说10%的运行费,很多的钱。

吴令安:就使用费?

吕力:那是不收费的,批准了就可以用。将来这个怎么运行,实际上我们还是需要讨论,但原则上是国家有很多经费支持它的运行,像国外的同类实验室,有的连机票都包了。

郭尔佳:去英国的(ICCS)实验室做实验,中子实验,它是管国际往返机票和住宿的。在美国作实验,用户如果是美国的,你是不用缴费的,但食宿、交通费你自己负责,但这个已经很省钱了。像在国家实验室,中子实验,平均一天的运行费用差不多一天合人民币600万,如果给你批了一个星期的时间,要花很多钱的,所以像这个极端条件也是一样,运行费如果能够包在里面,对于用户而言,这方面的前景是很好很好的,已经很好了。

车荣征:我们在高能所办培训班,吃住都免费,那是2005年。为什么呢?我跟他们说了,这种东西搞起来啊,用的面很广,你搞物理的可以用,搞材料的也可以用,尤其是搞地质学的,他们更感兴趣,因为可以压力做的更高。目前这套设备已经做到百万大气压了,一百万大气压,而且做了高温高压,温度已经做到3000K。我们还有一个特点,在这个设备上,加压,一般都是拿下来加,加完再放上去,那样调关就很困难,我们可以原位加压,那就很简单了,不用动。

陈万春:我们国家现在有钱了,投资搞的工程,还是很好的,非常好。因为像这种大工程,各个单位去搞,很费钱,那么多大学,那么多研究所,国家也没有这个钱,另外大家也没有这个可能,所以搞几个大的中心,这个很重要,很必要的。再一个,我觉得新一代,像你们这一代的科研人员,担子还是非常重,既光荣,责任又大。所以我觉得在认证,在决策方面要慎重,十分重要。我们“一村三湖”,我听着很高兴,因为我们每天在这儿啊。那么将来怎么运行?你们担子更重了,现在物理所一共就这些人,你搞基础研究,就是很重了,运行了之后,不能说这些人都去,扩大了规模,是另外一回事,要不然很难。

吕力:确实,这件事情实际上是只能干好,不能干坏。国家投这么多钱,你如果任何意义上干得不太完美,都有一种负罪感。我们其实觉得干这件事情还挺困难,因为物理所的文化,本来是自由探索的的文化,然后建了这个科学工程,我们每个星期都有会,甚至不只一个会,条条框框特别多,所以研究人员有个适应过程,确实要花大量的精力,所以我们都尽量的在调整,最后把它保质保量、按时给它干好。同时我们不少人还肩负着研究任务,并不是100%干这件事情的,我们的主要的骨干人员,你很难让他说不干科研了,这几年100%做建设,做不到,所以方方面面存在不少挑战。

吕惠宾:由于时间关系,张处长是具体负责建设的,本来他今天也有别的事情,特意推掉参加我们的会议,现在请张处长讲几句。

张宏伟:看样子我说两句是逃不掉了,那我给各位汇报一下物理所承接的项目,从管理角度的一些情况。刚才吕力老师也讲了,说物理所的文化,对工程项目来讲,有点不太匹配。在这方面,高能所的文化,相对来讲,适合做这种大科学工程,因为他们那科研人员一旦承接了国家的大项目的话,他们的自觉意识非常强。比如说像我们所,装置项目推进到今天,做工程项目的一个最典型的叫工作联系单,我们就没建立起来,我们也没法建立,但我们毕竟团队意识要强得多,我们物理所的文化,比上不足,但比下有余。这是一方面。另外一方面,我想跟各位汇报一下,从立项以来,从管理角度就积极的着手准备,现在在所里的几个处室中突然出现了一个大科学装置与基础设施处,就能看出来,所里还是高度重视这个处的,这个处从最初成立的4个人,现在到了15个同志,当然这15个人呢,也是比上不足,比如说在贵州的天眼项目,人家管理人员21人,我们还是有差距的,但的确比下我们是有余的。现在是建设期,到最后的时候需要做工艺、设备、建安、档案、财务,五大验收,加一个审计,那么全通过后,就要转型到运行期,进入到运行期,才发挥这个装置的效益。按照计划是到2022年的9月30日要进行验收,从目前来看,主要的工作重点还在建设上,就是大体,目前就这么个情况,我也算了一下,运行期的时候,估计我还能在任,只要不出现重大的错误,不被所里撤职,还能在,我也向各位老前辈表个态,从管理角度来讲,我们全力支持,做好项目的支撑工作。

吕惠宾:麻主任,请您给我们讲几句。

麻莉雯:我讲讲我自己的感慨。刚才说的这个大装置,我参加过高能所做的一个大装置,已经做成功了。我们还去过天眼,刚才这位老师说的,我们天文台的天眼,我们组织参观的天眼,现在运行了,验收了。陈至立、白院长也参加了验收仪式,现在已经正式运行了,一年365天做维护,是一个室外的“大锅”,现在60个人员,有科研人员、也有工程技术人员,现在又公布了一些成果,发现暗物质里面一些新的数据。他们家都在北京呢,贵州大学里有他们一个招待所,他们的人在大锅的底下工作,有一个宿舍区,但那宿舍就只能住60人,都住满了。他们老维护也不行,因为这个最后得交给贵州,贵州省也很重视,给了好多经费,为了建大锅,把周围的人都搬迁了,周围变成无人区了,使他们的工作不受干扰。现在他们在贵州大学,成立了一个系,一个专业,专门是为国家天文台在天眼工作来培养一些本科生、研究生,4年以后,可以给他们提供本地的本科生到那去接续他们的工作,他们也感觉到这大装置的经费、维持经费很困难。他们做过一次沙龙,就是讲天眼,他们的总指挥来北京做的主旨报告,我们听了以后,他们的工作是很艰苦的,而且也是很努力的。我们到天眼去参观,也是他在现场给我们介绍的。这个大装置确实体现了我们科学家得有牺牲的精神,就陷在那里了,一干要多少年。高能所有一个主任在那,做那个大装置,他在那一待就六年,连筹备再稿搞材料,另外规划,挺辛苦的,现在通过验收了,而且现在世界上好多国家来参观,给予很高的评价。我是电工所的,王秋良、韩所长,都是搞这个的,这个室曾经没有经费,他们给德国去建超导实验室,这一个室的人三分之二都出国给人家建室去了。王秋良也做过一次沙龙,在电工所。电工所是搞电工、电能新技术,我们全所的各个研究室,都跟磁场有关系,就像我原来在研究室是搞电子束曝光,把那电子束加速,偏转,聚焦,都是靠磁场的。

吕力:图形发生器。这个贸易战,德国一家公司的那个电子束曝光机,现在我们都进不到了,科大都不让进,然后南京大学等了18个月之后告诉他,海关不放了。

麻莉雯:对,他们对我国禁运。后来我们电子束曝光是从北京市电子工业,会战的时候,1978年全国科技大会,那个时候搞起来的,这可以说子子孙孙都能搞,为什么这么说呢?难度特大,指标特高,到现在,这我们都退休了,我们那个时候还年轻,20多岁、30岁,现在都退休了这么多年了,后来有一阵儿搞引进,从国外买人家淘汰的机器,来这儿,我们来维修,给调试,再卖到国内其它的地方争取经费,三番几次的。我觉得咱们物理所搞这大装置,就是赶超世界水平,必须把科研力量集中起来,不管是哪个所、哪个大学的,物理所带头,搞这个大装置,就是咱们国家的很好的一个措施。金铎理事长抓大装置,他的贡献也挺大的。我们参加老科协各个所的沙龙,也是一个学习的机会,觉得咱们国家很有前途,而且院里方针也非常好。你们做这事儿,希望能够成功,我今天学到很多东西,非常感谢。

吕惠宾:谢谢麻主任。大家还有很多很好的意见和建议,由于时间关系没能发言,下面可以写成材料交来,我们还要把这次沙龙内容搞一个科普材料,放到院的网站。最后,再次感谢吕力和金铎给我们作的精彩报告,也感谢各位参加和关心我们的学术沙龙!谢谢!

[返回]

 
查看评论