與時間賽跑的科學家 |
記中科院近代物理研究所ADS團隊 |
慶祝超導腔成功過束。
超導直線加速器中控室
直線注入器II隧道
■本報記者 劉曉倩
這是一支近500人的核裂變能團隊,他們從零起步,不斷刷新世界紀錄;他們用5年時間,追趕了歐美發達國家研究水平;他們,是一群與時間賽跑的科學家。
中國科學院近代物理研究所ADS團隊,承擔著中國科學院A類戰略性先導科技專項「未來先進核裂變能——ADS嬗變系統」,建成了國際上穩定運行的連續波質子束流強度最高的RFQ加速器、首次提出了一種加速器驅動先進核能系統ADANES概念,有望實現核能系統真正的閉式循環、原創性地提出了顆粒流靶概念……使我國在未來先進核裂變能技術達到國際領先水平。
該團隊獲得中國科學院先進集體稱號。
一切,從零開始
2010年6月,中科院近代物理研究所接受了一個艱巨的任務——ADS嬗變系統研究。回憶剛接受任務的狀況,該項目首席科學家、近代物理研究所副所長徐瑚珊說:「我們作好了充分的艱苦奮鬥的準備,因為ADS是值得奮鬥一生的科研事業。」
ADS(加速器驅動次臨界系統)被認為是解決核廢料處理處置和核安全問題的最有效途徑。不僅如此,高功率質子(離子)直線加速器,在國防和科研等其他領域也有廣泛和迫切的需求,這是提升國家戰略能力的關鍵技術。2010年,中國科學院為了解決核安全和核廢料安全處理處置問題而優先啟動了戰略性先導科技專項(A類)「未來先進核裂變能——ADS嬗變系統」,選取了近代物理研究所、高能物理研究所、合肥物質科學研究院和中國科學技術大學等具有核物理和加速器技術基礎的傳統單位來承擔這項任務,並確定近代物理研究所作為專項牽頭單位。
然而,這項任務絕對是一個「燙手的山芋」。國際上關於ADS涉及的單項技術都有一些研究,但是並未有實際運行的系統樣機。專項啟動之初,各相關單位尤其是近代物理研究所在強流超導直線加速器、散裂靶、次臨界反應堆等各方面的技術基本上屬於空白,國內外專家均表示提出的技術指標很難在這麼短的時間內實現。
近代物理研究所迅速組建起來了ADS團隊。目前,全國參加ADS團隊的總人數達1300多人,其中近代物理研究所近500人,核心成員260多人,主要集中在近代物理研究所ADS部,同時分散在其他各部門,以任務的方式將隊伍有機組織起來。
「無中生有、敢為天下先」,面對困難,徐瑚珊這樣鼓勵團隊中年輕的科研人員。ADS先導專項核心技術,超導直線加速器注入器II的技術負責人何源回憶,「項目啟動之初,我們連超導腔長什麼樣子都沒見過。連續波高功率ADS加速器的關鍵技術在中國幾乎完全是空白,整個裝置在世界上也沒有成功的經驗」。
持之以恆,找到「突破口」
談起超導直線加速器,團隊的每個成員都心存敬畏。它是一個複雜、精密的系統工程,從設計到加工,再到最後調試運行的每一個步驟、每一個環節,甚至每一個細節,都考慮周詳才能夠成功運行。任何微小的「問題」都要會導致失敗。「為保證最後的成功,超導直線加速器要求的不僅僅是做到『最好』,而且要做到『完美』。」何源說。
至今,大家還清楚地記得許多個令人「絕望」的反覆失敗和不斷堅持後的「第一次」成功。說起超導腔第一次垂測成功的情景,直線加速器團隊成員們仍至今然非常興奮。超導腔的功率「輸送通道」非常狹小,要想將高頻功率輸送進去,必須精確地找到「輸送口」。2012年10月,團隊第一次觀測到腔體達到超導態,此後1年多的時間,為了找這個「輸送口」,團隊進行了六次大型實驗,但都失敗了。每一次失敗後,他們都會進行許多大大小小的試驗,反覆改進處理的方法和測量的手段。何源的學生王志軍回憶:2013年11月29日,實驗持續了1天,直到凌晨4點仍然沒有成功的跡象,「幾乎所有人都洩氣了,只有何老師還在堅持。」他雙眼布滿紅血絲,盯著頻譜儀上的數據,一刻不離,堅定地認為,頻譜儀上顯示的這兩個尖峰,就是劍與劍鞘,將它們重疊「撞擊」,就是共振點,就是輸送口。
「就是這個門,對準它踢!」反覆推敲計算後,團隊討論作出了最後的選擇,事實證明,這項判斷是正確的——第一次測到了超導數據,也是團隊取得的第一個意義重大的階段性突破。隨後,加速器團隊乘勝追擊,實現了28千瓦連續波束流穩定運行1小時的世界最新紀錄。這臺超導直線加速器樣機實現穩定運行,是ADS先導項目中的重要裡程碑,不僅意味著我國掌握了超導質子加速器關鍵部件研製和系統集成調試的關鍵技術,也為今後更高功率的超導直線加速器的研製奠定了基礎,實現了我國在高功率超導直線加速器領域的跨越式發展,使我國強流超導直線加速器技術進入國際領先行列。
優秀團隊,這樣煉成
在有限的時間內做到國際領先,就需要所有的人付出超出常規的時間和精力。因此,ADS團隊吃住在工作現場是經常的事情。高級工程師張生虎對記者說,超導腔體調試平臺上放著十幾件軍大衣,大家困了就穿上大衣在現場睡一會,餓了就訂個盒飯,還常常一邊吃盒飯一邊開午餐工作討論會。大家心中明白,射頻超導技術,國外已經發展了50多年,我國從開始到現在只有5年,要想追上國際同行,只有在時間上多付出。
為了能夠讓後起步的核裂變能技術儘快趕上世界的腳步,大家憋著一股勁,和時間賽跑。ADS團隊,沒有假期,沒有周末,甚至沒有下班時間。很多同事根本顧不上家裡,「為大家舍小家」這句話,在這個團隊絕不是一句空洞的口號。項目初期,為了保證低溫實驗的順利進行,張軍輝研究員帶領團隊在凌晨3點搶修氦氣壓縮機,被燙傷了雙手。石愛民研究員年近60歲,還和年輕人一樣爬高上低。張生虎患了嚴重的腰椎間盤突出,他就綁著鐵腰帶在現場工作。工程師嶽偉明在東北加工廠一出差就是個把月,顧不上照顧懷孕的妻子、剛出生的孩子……
很多來交流和工作的國外專家看到這個團隊的工作狀態,感受到ADS團隊的專業精神,對項目的態度從最初的懷疑轉為支持。2014年11月,中國科學院組織的國際評估,ADS團隊獲得了最高分「A」。
徐瑚珊說:「ADS各項成果的取得,都不是一個團隊或者一個研究所獨立完成的,是跨領域、跨單位、跨部門聯合攻關的結果,是集中國內最優勢研究力量通力合作取得的結果,ADS合作方面也必將帶來體制機制方面的創新。」
2016年是ADS先導專項的收官之年,近物所將要協同高能所團隊完成25兆電子伏強流超導質子直線加速器的安裝和調試工作;要完成顆粒流散裂靶臺架的調試運行工作;同時,要完成加速器驅動嬗變研究裝置(CIADS)的可行性研究工作和項目前期工作,開始項目的建設工作……
為了美好的未來,ADS團隊需要繼續和時間賽跑!
《中國科學報》 (2016-08-01 第5版 創新周刊)