核科学技术学院李建刚院士、封东来院士 在中国科大系列科普报告会上作主题报告

发布时间:2022-05-31浏览次数:811



528中国科学技术大学系列科普报告会第二阶段报告如期举行核科学技术学院执行院长封东来院士、院长李建刚院士先后为大家带来了精彩的科普报告《我爱“大眼睛”的九个理由》和《托起明天的太阳——磁约束聚变的发展现状及未来展望》,报告通过学术平台向社会公众进行网络直播。

封东来:我爱“大眼睛”的九个理由

同步辐射装置被誉为科技的“灯塔”,是集现代科技之大成的大型科学装置,是支撑多学科前沿研究和产业研发的平台。

系列科普报告会上,国家同步辐射实验室主任封东来院士作《我爱“大眼睛”的九个理由》报告,分享了作为同步辐射装置的使用者与建设者的乐趣,并举例展示同步辐射的强大能力。

同步辐射原理是带电粒子(电子、离子)以接近光速运动时,在电磁场的作用下偏转,沿运动的切线方向上发出的一种电磁辐射。封东来解释说,“这是一种‘开机才有、关机就无’的射线,并且软X射线波段的射线在空气中无法传播,穿透力很弱,所以并不可怕。”

目前,中国科学技术大学国家同步辐射实验室正在建设下一代的同步辐射装置——合肥先进光源,它又被称为观察微观世界的“大眼睛”。

为什么爱“大眼睛”? 封东来总结出九个理由。

封东来说,“我们是在建造和使用集人类科技之大成的仪器。这是第一个理由。”合肥先进光源建成后,将成为国际先进、亚洲唯一的低能量区第四代同步辐射光源。因其具有亮度极高、相干性最好的特点,可实现复杂体系电子态、化学态、轻元素结构的精确测量。

《科学》杂志曾遴选出125个重大科学问题中的部分相关问题,涵盖化学与能源、生命科学、物理学等。封东来表示,这些问题都可以通过同步辐射做进一步研究。这是第二个理由——“做最前沿的研究”。

如神经退行性疾病是人类的大敌,其中阿尔茨海默症全球患者5千万,我国有1千万,且爆发性增长。封东来说,“过去20年,320个药物均尝试失败。而合肥先进光源可以把细胞三维成像分别率提高到几纳米,看清病理。”

第三个理由是“做有真用的研发”。如科研人员利用合肥光源发现了燃烧中间体,解释了燃烧反应路径及其动力学;利用合肥光源探测到煤基合成气制烯烃关键中间产物,打破了传统费托极限……

第四个理由是“不局限于某个方法或学科”。比如电动汽车的电池问题,科研人员可以采用不同手段进行研究。第五个理由是“天然的世界实验室与国际合作网络”,封东来说,“同步辐射装置对全世界科学家开放,科研人员可以根据自己的研究问题去选择最合适的工具。”

封东来表示,爱“大眼睛”的理由还包括,“稳定支持长期技术攻关、宽口径的技术门类、锻炼出管理组织和项目的能力、大科学工程带来的激情与成就感。”

李建刚:“人造太阳”何时“亮”起来

当化石能源枯竭,人类未来如何维持生存?李建刚认为,核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。

系列科普报告会上,核科学技术学院院长李建刚院士作《托起明天的太阳——磁约束聚变的发展现状及未来展望》报告,从能源需求、聚变托卡马克的原理意义、聚变电站的挑战谈起,介绍了国际以及我国磁约束聚变的现状。

李建刚重点介绍了我国设计建造的国际第一台全超导托卡马克东方超环、我国参加国际热核聚变堆计划,未来要独立自主建设中国聚变工程堆发展计划,以及对未来清洁能源发展的展望。

地球上能源大部分来自太阳上的核聚变反应,能不能在地球上造出一个个太阳?答案是能。

爱因斯坦提出一个公式是 E=mc⟡,就是把任何一个很小的质量,乘上光速的平方以后,可以得到巨大能量,这就是核能运用的原理。

 “聚变和裂变是两种完全不同的核反应形式。把一个大的原子核裂开以后形成能源,裂变就是原子弹的原理,聚变就是氢弹的原理。”李建刚解释说,目前的核电站都是裂变电站,聚变发电还处于研发当中。

 “人造太阳”就是运用氢弹的原理,用氢的同位素,一个氘,一个氚,把它们两个加热到上亿摄氏度以后,就会发生聚合,产生中子和氦。

但产生聚变相当困难。李建刚表示,首先要把它点火至上亿摄氏度,才能满足聚变发生的条件,其次要实现长时间维持可控聚变连续运行。

 “采用的办法就是磁悬浮,把气体加热到上亿摄氏度,用磁场把它悬浮起来实现核聚变。这个方法叫托卡马克。”李建刚说。

核聚变研究了50年,取得了一系列进展,如开始建造国际热核聚变实验堆。李建刚认为,“我国聚变能发展已经步入国际先进行列,有了清晰的发展路线图。”

 “人造太阳”的终极目标是发电,何时可以真正实现核聚变发电?李建刚介绍,“通过未来10-20年聚变实验堆、工程示范堆和商业堆三个阶段的发展,我们可以逐步实现利用核聚能的梦想。”

李建刚表示,“长期以来,中国聚变人都有一个梦想:未来如果有一盏灯能被聚变之能点亮的话,这盏灯一定要在中国。”