书城历史中国科技史
10823600000031

第31章 中国近现代科技史(14)

这台超灵敏小型回旋加速器质谱计是国际首创的用高次倍频三角波电加速的负离子回旋加速器质谱计,它在保证超灵敏度分析和超微量分析两个特性基础上,还具有结构简洁、功耗小(12KW)、能量低(50KeV)、没有放射性污染等优点。其探测的丰度灵敏度在10—12~10—15范围,相当于探测极限可达到10—18~10—21摩尔。它的成功开创了中国首建无国际先例的加速器——新颖回旋加速器的先河,使中国在回旋型加速器质谱计研制技术上保持国际领先水平,在国际加速器质谱计会议上被誉为“回旋加速器质谱计的复苏”,并被列为加速器质谱计发展的一个新方向。

“神光”高功率激光装置建成

“神光”系列激光装置是惯性约束聚变(ICF)激光驱动器,是传统大型强激光和激光核聚变驱动技术的代表。

在王涂昌、王大珩的指导下,中国科学院和中国工程物理研究院从20世纪80年代开始联合攻关,承担了“神光”系列激光系统的研制,取得了国际瞩目的成就。其中,“神光—I”激光装置于1986年建成,输出功率2万亿瓦,达到国际同类装置的先进水平。“神光—I”连续运行8年,在ICF和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。90年代又研制了规模扩大4倍、性能更为先进的“神光—II”装置,并于2001年12月28日通过了验收与鉴定。“神光—II”装置是当前国内规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置,是“十五”或更长时间内我国惯性约束聚变(ICF)领域开展科学研究的重要实验平台。它释放的巨大能量及在实验中产生的极端物理条件,对基础科学研究、高技术应用和确保国家安全的新技术的推出,均有重大意义。“神光—II”装置技术先进、工程复杂性大、总体性能优良,研制过程中采用了国产高性能元器件,提出并采用了多项创新技术,独立自主地解决了一系列关键的科学技术问题。“神光—II”装置的各项技术指标达到并部分超过了预定的要求,总体性能达到国际同类装置的先进水平。它的建成标志着我国在这一领域的有关高新技术综合能力上了一个新台阶。标志我国高功率激光科研和激光核聚变研究已进入世界先进行列。1995年,“863计划”立项开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——“神光—III”装置,总体设计和关键技术研究已取得一系列高水平的成果。

“神光”系列高功率大型激光装置的建成是我国激光技术发展史上一项重大成就,标志着我国已成为具有高功率激光装置综合研制能力的少数几个国家之一。

北京正负电子对撞机

北京正负电子对撞机是1983年列人国家重点工程的科研项目之一。中国科学院高能物理研究所会同多方力量在充分吸取世界先进技术的基础上,仅用四年时间,就出色地完成了对撞机的设计、研制、生产、安装、调试任务。1988年10月19日,中国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。它能一次对撞成功,表明对撞机的各种设备、部件的质量、安装调试的水平在世界上也属一流。

建成后的北京正负电子对撞机,是一台可以使正、负电子束,在同一储存环里沿着相反的方向加速,并在指定地点发生对头碰撞的巨型机器。正负电子的能量各为22亿至28亿电子伏。这台大型电子对撞机建筑在地下6米深的隧道内,由电子注人器、储存环、探测器及数据处理中心、同步辐射区等主要部分组成。在长达240米的储存环里,电子与质子(正电子)的速度被加快到接近于光速,并在加速过程中相互撞击,由此产生各种效应,可以为科学家探索物质基元的奥秘提供线索,可以用来研究比质子和中子更深一个层次的夸克,特别是粲粒子的相互作用和运动规律。此外,由于电子或质子做高速圆周运动时,有很强的光伴随着放出,这种同步辐射是一种理想的光源,它可广泛地用于固体物理、表面科学、生命科学、微电子学等的研究和应用。

北京正负电子对撞机的建成,是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天后,在高科技领域的又一重大突破性成就,使中国成为继美国、瑞士、日本之后第四个拥有这种先进设备的国家。根据它同时具有粒子物理和同步辐射应用研究的特点,北京正负电子对撞机国家实验室对外开放,成为跨部门、跨学科共同享用的实验研究基地,为中国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景,揭开了中国高能物理研究的新篇章。我国科学家在这台加速器上不断取得新的科学成果,其中有一些是国际粒子物理界都公认的取得的最重要的成果之一。这项工程被认为是中国科技史上最大的科研工程,创造了建设速度快、投资省、质量好、水平高的奇迹。

为了适应世界高能物理的飞速发展对对撞机性能的更高要求,我国于2004年1月8日全面实施北京正负电子对撞机重大改造工程。科学家将采用当今世界上最先进的双环叉对撞技术“改造”对撞机,即在对撞机现有的储存环内增建一个储存环,使得正负电子分别在各自的储存环内运动,在对撞区实现对撞。正电子和负电子对撞的束团数目从单环时的1对增加到97对,连同其他技术措施,将使对撞机的重要参数之一——亮度——在目前水平上提高约100倍。改造后的北京正负电子对撞机将在世界同类型装置中继续保持领先地位,届时将成为国际上最先进的双环对撞机之一。

重离子加速器

1988年12月12日,中国最大的重离子加速器在兰州建成,并引出碳离子束。这是中国高科技领域取得的又一重大成就。它的建成将为中国重离子物理基础研究和应用研究提供重要手段,标志着中国的回旋加速技术已进入国际先进行列。

重离子物理是60年代末由原子核物理开拓出的一个蓬勃发展的新领域,在其他学科,如原子物理、生命科学、材料科学。新能源研究等,重离子束亦显示出日益重要的应用前景并形成了诸多重要的交叉学科。70年代初,中国科学院兰州近代物理研究所将1.5米回旋加速器改建为重离子加速器,初步开展了重离子物理基础研究和应用研究。后来又提出了建造大型重离子加速器的设想。方案经过论证和初步物理设计,于1997年11月被列为国家重点科研项目动工兴建。它的建设受到国家的高度重视和支持,全国100多个单位参与了设计、制造和安装,所有部件全部是中国生产的。建成后的重离子加速器系统由注入器、主加器、8个实验终端和前后束流输运线组成,可加速元素周期表钼之前的73种元素的离子,是中国能量最高、加速离于种失最多。规模最大的重离子加速器,其主要技术指标达到国际先进水平,国外也只有法国和日本建成了这样的加速器。

重离子加速器的工作原理可以形象地比喻为用一个原子核作为炮弹,用另一个原子核作为靶子,轰击后如果形成新的原子核,就产生了一种新的物质。用重离子加速器产生的重离子轰击原子核,可以帮助人们揭示物理结构和运动的奥秘:经重离子柬辐射可以改变材料的性能,改变生物遗传特性,在原子物理、分子物、固体物理、材料科学、辐射生物学方面都具有广阔的应用前景。

重离子加速器的建设是涉及多学科专业的综合性科学技术c在兰州重离子加速器建成后,根据国际重离子加速器技术发展趋势和开展原子物理前沿领域研究的实际需要,2000年,我国又决定在兰州重离子加速器上续建电子冷却存储环(cRS)重大科学工程。目前该工程进展顺利,现已完成注入线和主环全部设备的加工。安装等工作,预计2004年年底可以主环联调。

激光尺

激光是一把好“尺子”,用起来得心应手,精巧准确。用激光的波长当尺,从理论上推算,可以比氪86同位素灯准确100万倍。1969年用激光测量到的地球和月球之间的距离,为38万多千米,误差只有几米。所以1983年10月,联合国度量组织在巴黎举行会议,规定了新的“米”的定义,即把光在真空中7299792458秒所走的距离定为一个标准米。近几年来,各种激光尺已经相继问世,如激光比长仪、激光二坐标仪等等。

2003年,我国第一台利用自主科研成果研制的纳米量级激光器测尺在清华大学完成。

这台长不过30厘米的小小激光尺,能够精确地测出物体在12毫米到79纳米之间的位移、膨胀和伸缩的变化情况。它的测量精度可以达到一根头发丝直径的1/800,比传统的测量仪器的精度提高了100倍以上,对于提高精密机械零部件的测量、加工精度,以及保障桥梁、水坝等建筑物的施工安全等方面具有重要意义。

我国在研制这种纳米激光尺中首次应用了我国首创的激光双频技术,具有完全的自主知识产权。与国外同精度的激光干涉仪器相比,无论是重量、体积都成倍减少,成本也大大降低。

大视野动态体视投影图

人的双眼处于不同的空间位置,在看物体时,出现在左右视网膜上的一对物象既相似又有差异,这个“图对”的差异叫视差。大脑皮层根据视差和其他条件才能感受到物体的立体形象。传统的图画、照片、工程图等平面图像由于不能在人的视网膜上形成视差,所以尽管形象逼真也不会产生跃出纸面的立体图形。

近300年来,世界各国的图学专家一直在探索、研究体视投影,然而所做出的体视投影图一直停留在小图幅和固定视野水平,既不能绘制复杂的图形,又不能投入实际应用。我国图学专家王希富在前人研究的基础上,大胆创新,把体视投影研究与生理学、光学、视野学、眼的解剖学结合起来,进行综合研究,取得突破性进展。他打破了传统静态体视投影法的束缚,采取了动态体视投影方法,于1984年绘制出世界第一幅高水平的“大视野动态体视投影图”。看上去这是一张普通的园林鸟瞰图,但只要戴上滤色镜去看,图上的景物如楼台亭阁、青松草坪等等就全部跃然矗立,和立体模型一样。

大视野动态体视投影图的绘制成功,打破了国际体视投影研究停滞不前的局面,是世界图学中一项新的突破。

二十四阶中型电子模拟计算机

我国第一部二十四阶中型电子模拟计算机,于1965年由天津电子仪器厂制造成功。

二十四阶中型电子模拟计算机的结构比较复杂。它由14个机柜组成,包括加法器、乘法器、平方器、函数发生器和变系数器等,可以进行二十四阶线性和非线性微分方程式的运算。操作人员只要把题目编排好,然后按动电钮,在几秒钟到几分钟就能完成需要几十个人工作几个月才能完成的计算任务。这部中型电子模拟计算机,精度高,用途广。它除了供科研机关作复杂的数学计算工具外,还可以用于工业、国防上有关自动控制系统的设计、分析等方面。

“银河”巨型计算机系列

“银河”、“银河—II”、“银河—III”计算机是国防科学技术大学研制成功的系列巨型计算机。这一系列计算机的研制成功,标志着我国的巨型计算机技术已进入世界先进行列。

巨型计算机是一个国家科技实力和现代水平的标志和象征之一,它主要用于大型科学计算和大规模数据处理。1972年秋,国防科工委提出了研制巨型计算机的计划。1978年5月,拉开了研制巨型机的序幕。经过5年多的艰苦奋斗,国防科技大学计算机所在自力更生、适当引进的基础上,终于设计制造出中国第一台亿次巨型电子计算机,有些技术是国内首次使用并达到国际水平。1983年12月,该机顺利通过国家鉴定。张爱萍将军将该机命名为“银河”。它的研制成功,为石油、地质勘探、卫星图像处理、计算大型科研课题和国防建设提供了重要手段。

1988年,国防科学技术大学与国家气象中心一起着手研究开发“银河—11”型巨型计算机。1992年5月,“银河—11”主机系统调试成功,我国第一台面向大型科学、工程计算和大规模数据处理的通用10亿次并行巨型电子计算机诞生。该系统为共享主存紧耦合4处理机系统结构,主频50兆赫,基本字长64位,主存容量256MB,拥有2个独立的输入输出子系统,能进行每秒10亿次以上的运算操作,综合处理能力10倍于“银河—II”亿次巨型计算机。1992年11月19日,“银河—II”亿次巨型计算机在国防科技大学通过专家鉴定。“银河—II”巨型机系统填补了我国通用并行巨型机的空白。这台巨型机在2天时间里算完了美国最著名的巨型机考题;以快于用户要求近两倍的速度完成了欧洲80年代末T63L16气象预报模式的计算;“银河—II”巨型机的研制成功使中国成为当今世界少数几个能发布中期数值预报的国家。试算还表明,气象、石油、地震、核能、航空航天等应用领域的程序都能在“银河一II”机上高效运行。

1997年,“银河—III”型巨型计算机研制成功。它是当时国内研制的最高水平的计算机系统,采用了目前国际最新的可扩展多处理机并行体系结构,每秒运算速度为130亿次,使中国成为当时世界上少数几个能研制和生产大规模并行计算机系统的国家之一。

仿真计算机

我国自行研制的第一台全数字仿真计算机——“银河仿真计算机”,于1985年10月在长沙研制成功并通过国家鉴定。“银河仿真计算机”是国防科技大学继“银河”亿次计算机之后,取得的又一项突破性重大成果,该机系统稳定可靠,技术指标先进,软件配套,具有国际先进水平。

仿真计算机,是指运行仿真对象模型的计算机。根据仿真应用的需求,仿真机可以用通用计算机,也可以设计专用的仿真计算机。“银河仿真计算机”的研制成功对提高航空、航天、能源及武器等系统结构设计质量、缩短研制周期、减少实验次数、大量节省经费、提高系统运算效率和保障系统安全等起着极其重要的作用,具有重大的经济价值。