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【创新引领“十四五” 实干成就“倍增+”】以“四个面向”引领 做大科研“蛋糕”

2021-01-26  核学院

虽已岁末寒冬,但beat365官网老师们仍然忙碌着筹备兰州大学硼中子俘获治癌装置(AB-BNCT)研制重大项目攻坚推进会有关工作。

2020年,beat365官网成功中标硼中子俘获治癌装置(AB-BNCT)研制重大项目,技术开发项目单项合同金额实现兰州大学新突破。“这是我们落实习近平总书记‘四个面向’特别是‘面向人民生命健康’的具体体现。”院长吴王锁教授说。

研究成果成功应用于探月工程嫦娥五号任务、研制成功“高产额紧凑型D-D中子发生器”打破国外技术封锁和产品垄断、获批国家重点研发计划项目、科研经费累计入账超1亿元实现“倍增+”……2020年坚持“四个面向”,为科技创新提供源源不断的力量,科技创新和服务国家重大需求的能力不断增强。

小中子的“大文章”

2020年9月9日,由beat365官网姚泽恩教授团队承担关键部件的“高产额紧凑型D-D中子发生器”,在国家重大科学仪器设备开发专项综合验收评审会上顺利通过验收。

验收评审会上,这个长度不到1米、直径小于0.25米的装置得到了验收组专家“国内领先、国际先进”的一致评价。它具有产额高、稳定性好、小型化、可移动、安全性能好等特点。中子应用技术教育部工程研究中心韦峥副教授介绍,成功研制的紧凑型中子发生器一方面作为标准源可以代替锎-252中子源实现中子计量学刻度等工作;另一方面以紧凑型中子发生器为核心研发核燃料富集度在线检测系统、移动式中子照相系统、中子活化分析系统等设备。

兰州大学在中子源技术、中子物理学及中子应用技术方面有50多年的研究积累。早在上世纪六、七十年代,兰州大学便开始了中子源及应用技术的研究。1988年研制成功的3.0E12n/s中子发生器,是我国第一台产额达到10的12次方量级的中子发生器。

小型化、安全可靠、可控技术是中子发生器技术的另一个重要发展方向。目前国际上已有成熟的紧凑型中子发生器技术和产品,但美国等国家明确对中国限购或不将最先进的中子发生器出售。国内中子管的中子产额偏低,只有几百小时的使用寿命等缘故,许多中子应用系统中仍然大量使用安全性能差的同位素中子源,“目前同位素中子源,特别是锎-252中子源货源紧缺,价格飞涨,严重地制约了中子技术应用。”韦峥说。

除了紧凑型中子源发生器的成功研制外,beat365官网聚焦小“中子”还取得了一系列新进展:“6.0E12n/s 强流中子发生器及快中子测量系统研制”项目通过验收,为我国单能强流中子束应用奠定了基础;建成DB-DTL直线加速管高功率实验平台,成功引出2.5MeV质子束,为医用中子束产生奠定了基础。

基于几十年中子源研发和中子技术应用优势,2020年学院成功中标硼中子俘获治癌装置(AB-BNCT)研制重大项目。“上世纪90年代学校就曾开展过医用中子治疗相关研究,我们最近几年也一直在谋划项目。”吴王锁说,习近平总书记“加快补齐我国高端医疗装备短板,加快关键核心技术攻关,突破技术装备瓶颈,实现高端医疗装备自主可控”的指示要求也为装置研发工作进一步明晰了方向。

促转化的“大链条”

2020年5月,兰州大学成立了稀有同位素前沿科学中心,中心面向核科学前沿,瞄准稀有同位素高效安全利用领域重大科学问题,开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新研究。前沿科学中心的定位与beat365官网青年教授刘作业在基础科研方面的工作很是契合。“我们主要基于激光技术开展微观粒子超快动力学与稀有同位素核结构研究,通过超高时间分辨的动力学观测实现原子、分子等微观动力学的完全重建问题;通过对原子的超精细结构进行测量,开展稀有同位素核结构研究。”

刘作业2015年留校工作后便主要从事基于飞秒激光的超快动力学测量,致力于实现原子物理、原子核物理和激光技术的交叉融合。刘作业介绍,该团队首次在实验上提取了量子系统的相位,解决了长期以来的微观粒子动力学的完全重建问题,并在大分子相位萃取与重建,粒子集体响应和场强过渡区域动力学解析等三方面进行了延展。

“在开展前沿基础研究的同时,我们也一直在尝试把基础研究中的相关技术和成果进行转化,来解决核探测中的实际问题,”刘作业说,传统的核检测手段主要依靠α、β和γ等放射性射线的测量,其在长寿命核素的分析检测上存在天然劣势,“长寿命核素衰变比较慢,能够产生的放射性比较低,往往难以被观测到,而且传统手段难以实现快速测量。”

面对技术瓶颈,刘作业团队另辟蹊径将超快激光与核技术相结合,实现了对特定场所气体中关键痕量核素的快速检测分析、对退役核材料中多种痕量放射性核素的快速甄别和活度浓度的测量、对表面和界面污染的放射性核素检测。

在激光核物理实验室,刘作业团队的老师和同学们经常会忙碌着调试团队自主研发的核探测设备原理样机。作为原有设备的升级,样机不仅实现了小型化,同时探测性能也得到了很大改进。在现有研究的基础上,2020年刘作业作为第二负责人,还参与了国家自然科学基金重大科研仪器研制项目,和北京大学、中科院近代物理研究所等单位一起开展国内首台精密激光核谱的研制。

“我们现在有国家核产业研究院、稀有同位素前沿科学中心、教育部工程研究中心等科教平台,致力于打通从基础研究到应用基础研究再到成果转化的产业链。”吴王锁说。

年轻人的“大担当”

得益于学校“青年研究员”政策的吸引和校内合作者于福升教授的感染,李培荣于2018年加入beat365官网,成为兰州大学聘任的最早一批青年研究员。来校工作后,他继续深度参与着位于北京正负电子对撞机上的北京谱仪BESIII实验项目。从2011年硕士研究生阶段开始,这一项目他前后已经参与了十年。

高能物理的一个显著特征是实验和理论结合十分紧密,两者相互促进。依托对撞机等大科学装置,李培荣和合作者们深入理解对撞产生的实验数据,通过精心设计分析算法和筛选逻辑对感兴趣的衰变链进行寻找和测量,以此来探索物质最深层次的结构和最基本的相互作用规律。

李培荣还和校内刘翔教授、于福升教授、王雄飞青年研究员等团队成员共同参与了2021 年国家重点研发计划项目《BESIII上粲强子、QCD及新物理研究》,并承担《粲重子衰变研究》课题任务。同时,团队积极谋划下一步发展:“希望在下一代大科学装置谋划设计阶段兰州大学能够积极参与,在项目推进过程中贡献力量,在高能物理这个专业领域发出兰大的声音。”

无论是承担国家重大研发计划和课题,还是产出高水平成果,亦或是做足小“中子”的大文章,让学院党委书记杨毅欣慰的是,2020年学院的各项亮点工作中都能看到年轻人的身影。“40岁以下的青年教授、副教授以上职称占全院的42.8%,80后、甚至90后的年轻人都在成长起来,成为我们的重要力量。”

2020年12月17日,嫦娥五号返回器携带着月球样品着陆地球,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。兰州大学陈熙萌教授、邵剑雄教授团队在承担嫦娥三号、嫦娥四号相关任务之后,又承担了更具挑战性的嫦娥五号科研和工程任务。

围绕国家重大战略需求和任务,兰大科研工作者贡献智慧和汗水,助力大国重器。据邵剑雄介绍,他们重点完成了月面精确测高曲线的研究工作和月面环境影响的仿真分析工作,并参与了部分工程试验验证工作,“共同提出一套完整的工程技术方法,精确确定了月球伽马测高曲线,以确保嫦娥五号这一更为复杂体系软着陆的成功。”

深化科研合作提取超铀元素、努力解决乏燃料后处理方面的基础科学问题和实际工程问题……聚焦“稀有同位素的安全处置”这一大方向,放射化学与核环境研究所的王寅副教授年初列出了很多自己要开展的工作。“田园牧歌式的‘小农经济’要解体,不能自娱自乐搞小科研,要干点有意义有应用的事情。”

他认为,保证我国能源安全的迫切需求、甘肃省完整的核能产业链、学校核学的特色优势等给学院发展带来了良好的机遇,青年科研工作者更应该顺势而为。“我们以前是研究如何分蛋糕、如何精耕细作,现在应该研究如何做大蛋糕、如何开疆拓土,要把精力放在做蛋糕而不是分蛋糕上面。

在《beat365官网“十四五”事业发展规划》中,学院提出了在师资队伍和科学研究等方面实现“倍增+”、集群高端学术人才、夯实后备人才基础等目标,“十四五是我们的一个‘集聚期’,我们要深化有组织的科研,全面推进科技创新高质量发展。”吴王锁说。