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全国唯一大科学装置，年轻人“徒手”搓出

发稿时间：2024-04-20 12:54:00 作者：王烨捷 周冠伶 来源： 中国青年报客户端

　　中青报·中青网记者 王烨捷 视频 周冠伶

　　复旦大学邯郸校区的一个小院里，藏着一件“镇院神器”—— 上海电子束离子阱装置。之所以说它是神器，主要是因为这种全国唯一、全球也仅有8台的大科学装置，是几乎唯一一种可以稳定产生类日冕高温等离子体，从而开展太阳物理“天地联合实验”的装置。

　　中青报·中青网记者了解到，这个占据超过300平方米空间的“大家伙”，并不是买来的商业成品，而是由复旦大学核科学与技术系的教授和博士团队一个一个部件设计出来、一个一个螺栓组装起来的，他们用10多年时间一点一点“徒手”搓出来的。

　　“它最早的时候，是我们系为军工研究建立的一个装置，用来为一些特殊实验提供数据。随着我国科技的发展，现在我们用它来做？更多的拓展性研究。”复旦大学核科学与技术系副教授杨洋参与了这台实验装置的更新工作，是当时“徒手”搓机器的“四大金刚”之一——当时，4位与他年龄相仿的复旦核科研究生在项目首席科学家的带领下，历时4年多的时间，升级建造了一台全新的超级电子束离子阱装置。

　　目前？，这台巨大的机器可以用来模拟恒星表面星冕区域的特殊环境。它具有无可替代的优势——能在1立方厘米空间里，同时实现极高真空、超强磁场和最高1.5亿摄氏度以上的极限环境，而与之一壁之隔（1立方厘米之外）却是零下270摄氏度的超低温区域与之共存。可以说是宇宙中少有的方寸之间极限两重天的环境。

　　“这台机器的外延有8条各具功能的管道，这些管道都指向中间一个核心区域，也就？大约1立方厘米的空间。我们就？是在这1立方厘米里面模拟出宇宙中恒星表面星冕的环境。”杨洋告诉记者，这就？是科学的魅力所在——为了研究某个问题，你可能需要在数百平米的大装置中构建出一块1立方厘米的特殊空间，并在这个极限小空间里做？实验、取数据。

　　而这个空间，只能通过你自己“徒手”搓出来，因为科学创新的最前？没有现成的路可走。

　　杨洋介绍，当时这台装置中的许多模块，都是全国首创。既买不到现成的成品，也没有国外经验可以借鉴。这台装置的“一砖一瓦”都要靠老师和同学们自己设计图纸、自己找工厂来加工制作。“四大金刚”们的一个重要工作，就？是到工厂去蹲点，和工人师傅们一起，一点一点把某个需要的工件，通过工艺上的不断打磨，加工和制作出来。工件回来后，还要学生们自己动手安装到这个装置上去。

　　安装过程本身？，也会面临各种问题。每个问题，都挑战着老师和学生们的创造性。有一次，在安装一个零部件时，一个密封件意外断裂了，关联的一个紧固螺栓掉落了。好巧不巧，这个螺栓就？恰好滚落到了1立方厘米这个关键部位的附近。

　　“本身？我们采购的这个进口密封件的强度可能就？没有标称的那么好，受力之后它突然断了，关联的螺栓就？掉下去了。”杨洋说，一个小螺栓的出现，很有可能导致实验的彻底失败，“我们需要营造的空间具有一个超强的均匀磁场，一个螺栓就？会极大改变局域的磁场环境，让努力前？功尽弃”。

　　常规方法要取出这个螺栓，就？要把整个已经搭建得差不多的装置拆了重装，而这个装置外表看上去是个简单的“锅炉罐”，里头光核心区就？有五六层之多。同学们大致算了一下，拆装的时间至少1年以上？。为了把这枚螺栓取出来，一群博士生和教授聚在一起琢磨了两周时间。最终，他们采用“吸尘器大法”安全地把螺栓取了出来。

　　这种方法虽然类似吸尘器，但对吸力要求很高，并且由于管道弯曲复杂，仅能容纳8mm直径的吸管进入，且螺栓不能直接从管里吸出来。为此，复旦师生们采用了无油涡旋干泵和高强PVC管，并自己加工了转接接口。但螺栓的滚落位置又太深，无法目视定位。于是，几个同学又想办法买来了做？手术用的柔性内窥镜，就？像做？手术一样，双人配合操作这个内窥镜与吸管，七拐八绕之后，成功把螺栓吸在了吸管口，并安全取了出来。

　　杨洋告诉记者，在建造完？全新的仪器装置的“搓机”的过程中，实际上“意外”是一种常态。每一次“意外”，都考验着师生们解决问题的能力和水平。

　　比如，这台机器要营造零下270摄氏度以下的低温环境，不可避免地要用到液氦这一国家战略资源。我国本身？没有大量的含氦矿储量，科研机构和医疗机构使用的液氦基本都要从国外进口。但因为这是全球稀缺的不可再生资源，买起来也并不容易。

　　“有一阵子，外国公司突然停止销售液氦给我们，导致我们有差不多一年的时间买不到氦、做？不了实验。”杨洋说，这时候复旦核物理团队就？必须考虑“自力更生”。他们自研了一套液氦回收系统，用两台超低温制冷机，一台插到大实验装置的核心区域维持低温降低蒸发，一台接入上层的冷凝系统负责“回收”液氦。开源（回收）节流（减少蒸发）双管齐下，让液氦池储量不仅实现了“零蒸发”，如果注入氦气还能实现负蒸发而凝结出液氦。从而大大降低了大装置对液氦资源的依赖。

　　“就？像电影《沙丘》里弗雷曼人都穿着一件蒸馏服，专门用来吸收并转化人体排出来的水份？一样，你可以想象，我们的机器也有一件这样的‘衣服’，它可以让我们的液氦实现零蒸发。”杨洋说，复旦核物理团队研发的这套系统可以实现“液氦注入一次就？可以在整个实验周期内一直有”。

　　杨洋说，“手搓”一台大科学装置，看上去很辛苦、很费脑细胞，但在这一过程中，也能帮助学生甚至一个领域诞生很多新的想法。比如，前？述液氦回收系统后来就？被应用在工业领域，一些参与该项目的年轻人也由此获得灵感进行创业，“一点一点地累积新技术、新办法，从小小的萌芽变成大大的产业。复旦给的这么一个鼓励年轻人动手搓装置的平台和机会，对我们来说十分珍贵”。

 
责任编辑：梁国胜
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