張鍾華院士:難以計量的科技人生

2021-02-25 海納計量

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張鍾華院士,精密電磁測量專家,長期從事電磁計量基、標準的研究。1965年清華大學電機系研究生畢業,而後在中國計量科學研究院從事精密電測量工作至今。1995年當選中國工程院院士。 

1965年,從清華大學電機系研究生班畢業後,張鍾華分配到中國計量科學研究院,從此開始了他漫長的計量科學之旅。

原國際計量委員會成員王大珩院士給他上了人生中「最重要的一課」。建國初期,國際上還是以實物作為計量源,由於當時中國沒有計量標準,在上級指示下王大珩只有去前蘇聯求證測量結果。因為怕溫度、溼度變化及路途顛簸等因素影響了測量結果的準確性,一路上王大珩把棉被包裹的設備緊緊抱在懷裡,小心翼翼地像抱著一個嬰兒。等到了目的地,胳膊都伸不開了。

張鍾華強忍著沒掉下眼淚。「中國計量要獨立自主,不能受控於人!」他在心裡暗暗發誓。這成了他拼搏一生的原動力。

上世紀70年代他擔任國家「計算電容基準」主體研製工作, 即提出「變動邊界微擾法」,解決了電極幾何形狀誤差的計算問題——從此中國的交流阻抗標準有了獨立自主的溯源根據,後來這項課題成果獲原國家計量局科技成果一等獎。

2006年,法國都靈國際會議。張鍾華鏗鏘有力地宣布:中國向世界性計量難題「量子質量基準」宣戰!他信心百倍地表示:「中國的計量科學要走獨立自主的道路,我們有這個實力,也有這個能力!」

 「準」是不斷變化的。國際計量從1960年代以實物標準作為計量源,到今天以基本物理常數來導出量子計量標準,準確度早已發生了劃時代的飛躍。

每一個時期,張鍾華都在自己的領域力求與國際先進水平接軌,甚至領先國際水平。條件不如別人,就通過加倍的努力來彌補,有時為了一個數據就能做成百上千次實驗。

 「計量科學發展落後,就會受欺負!」張鍾華多次跟他的學生說,「計量科學的核心,就在『準』上,而『準』就必須嚴謹。」

本著嚴謹的治學和生活態度,就這樣,年復一年,張鍾華在攀登計量高峰的徵途中留下了串串足印:

1988年,他測得的量子化霍爾電阻的國際單位制量值被國際計量委員會正式採用作為確定國際推薦值的依據之一;1992年,他主持的「建立超導強磁場標準」課題裝置通過鑑定,為國際同類裝置先進水平,研究中提出的 「抑制法」解決了國際難題;1993年,他發現並解決了當前阻礙量子化霍爾電阻標準的準確度提高的主要誤差來源,製成了國際領先的超導電流比較儀;1994年應國際上要求,他用我國的計算電容測定了量子化霍爾電阻的國際單位制量值——此量值後來在最新一輪國際基本物理常數平差時被正式採用,為確定基本物理常數的準確數值作出了貢獻;1995年他當選中國工程院院士,時年55歲,成為當時最年輕的院士之一。

1980年,在德國召開的國際計量大會上,當德國教授馮克律首次發表「量子化霍爾效應」時,這一重大發現引起了極大轟動。

作為當時出席會議的唯一一名中國專家,張鍾華的心也是激動得怦怦直跳,「中國一定要在國際計量科技領域搶佔一席之地,一定要搶先建立擁有自主智慧財產權的量子計量標準!」

回到國內,張鍾華迫不及待地將這一計量領域的重大發現及建立我國量子霍爾電阻標準的重要性向有關部門作了匯報。然而,當時我國的計量事業百廢待興,國力和計量研究能力還不具備進行量子標準研究的條件。直到7年之後,他的「量子化電阻基準」才被列入實驗項目。

遺憾的是,到1992年,因為經費和人才流失等原因,「量子化電阻基準」研究被迫中斷。從1990年1月1日起,國際計量委員會正式在世界範圍內啟用量子化霍爾電阻自然基準,代替了已沿用幾十年的電阻實物基準。已經落後兩年了,中國什麼時候才能有自己的基準啊!

1993年,他再次隻身來到了計量科技發達的德國。目的只有一個:學習先進經驗,建立中國的量子化電子基準。3年時間裡,他全身心地投入到學習和研究中。

幸運的是,不久,潘必卿,這位一直在計量戰線工作的專家型領導走馬上任中國計量科學院院長,他態度堅決地對張鍾華說:「量子化電阻基準必須搞上去,沒有錢,我用院長經費支持你!」後來,經過多方努力又爭取到了世行貸款及科技部重點研究項目資金,停止多年的量子化霍爾電阻基準項目終於又重新上馬了。

2004年9月13日,「量子化霍爾電阻基準」項目迎來了鑑定的時刻。這一刻,距離他立下制定中國自己的量子標準的宏願已經過去24年,距離課題在國內立項也已經過去17年。

鑑定會上,專家們一致認為:這一成果在國際量子研究領域實現了飛躍!首先是在國際上首次從理論上證明了量子化霍爾電阻數值與器件的形狀無關,為證實量子化霍爾效應的普適性作出了貢獻。其次,自行研製的量子化霍爾器件,突破了國外技術封鎖,為課題提供了核心器件。另外,自主研究的高匝比超導電流比較儀,大大超過了國際同類裝置水平。該項研究成果數據可靠,精確度為國際同類基準之首(10-10量級)。值得一提的是,這三項主要創新均具有我國自主智慧財產權!

但是,令張鍾華困惑的是,國際計量局遲遲沒有回應。直到2005年3月,國際計量局電磁量諮詢委員會才通知張鍾華,要他再去巴黎作一次情況匯報。巴黎歸來,6月,國際計量局終於向全世界公布了比對結果。結果顯示,我國的測量結果離平均值最近,不確定度最小!——這意味著全世界的數據要以中國為準!

事後,課題組成員才知道,這次比對中,中國的測試結果太好了,遠遠優於其他11個國家的測試數據——不確定度方面的指標比國外基準高10倍還多!國際計量局官員不相信這真的是中國人自己做出來的,所以將公布實驗結果的日期一再推遲。直到聽完課題組的論文匯報,他們才心悅誠服。

為此,華裔諾貝爾物理學獎獲得者、美國普林斯頓大學教授崔琦專門發來了熱情洋溢的賀信,高度評價這項科研成果是「世界第一,確實傑出」。

來源:中國質量新聞網、其它網絡

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