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下好创新“先手棋”:原始创新
来源: 安徽新闻网-安徽日报 2020-04-24 07:56:14 责编: 刘东伟

创新驱动发展,原始创新是源头。敢为天下先,在独创独有上下功夫,安徽科技因原始创新而显得分外耀眼。

近年来,我省加大基础前沿研究支持力度,加快推进引领性重大创新平台建设,扎实开展关键核心技术攻关等举措,有效增加科技成果供给,聚焦量子科学、材料科学、空间科学等基础前沿领域。

围绕原始创新,我省加快推进合肥综合性国家科学中心建设,充分发挥大科学装置集中优势,组织开展高水平研究,力求实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破,支持实施了一批重大科技项目,取得了一批突破性原创成果。

这些原始创新成果既能“顶天”,面向世界科技前沿,致力于未来发展;又能“立地”,面向国家战略需求,赢得战略主动;还能“惠民”,面向经济发展主战场,为人民创造更多财富。

人造太阳 承载能源之冀

人类目前所用的化石燃料属于不可再生资源,大约只能供人类再使用100年至200年左右。而核电站等采用核裂变原理提供的能源,需要放射性原料,以地球现有储量大约也仅仅能够再使用50年左右。寻找新的可靠能源是全人类繁衍发展的保障。而聚变能由于具有清洁、环保、安全、原材料储量极其丰富等优点,被认为是最终解决人类能源问题的战略能源。

有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置EAST,是中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置。它的科学目标,是让海水中大量存在的氘和氚在高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源,所以也被称为“人造太阳”。

这个坐落在合肥市科学岛上的大科学装置也是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,它的成功建设和运行是我国核聚变研究的里程碑式突破。自2010年获得高约束等离子体以来,EAST团队一直致力于为聚变堆的高约束稳态运行提供解决方案。在过去的9年时间里,EAST装置不断打破高约束等离子体运行时间的世界记录,率先在国际上突破百秒量级高约束稳态运行。

近年来,瞄准未来聚变能商用目标的关键科学问题,EAST装置在高性能、稳态、长脉冲等离子体研究方面取得了多项原创性成果,已经实现1亿摄氏度、加热功率超过10兆瓦、等离子体储能300千焦等离子体运行等多项重大突破,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步。(本报记者 陈婉婉)

量子通信 构筑信息之盾

量子科技是21世纪最尖端的科技之一。以当下最热门的量子通信为例子,它是以量子态作为信息单元以实现对信息的有效传送,具有绝对保密、通信容量大、传输速度快等优点,可以完成经典通信所不能完成的特殊任务,如构建无法破译的密钥系统等。随着5G时代到来,移动互联网流量预计将会出现井喷式增长,目前量子通信的发展势态强劲,相关配套设施与应用场景不断落地,增长空间广阔。

中国科学技术大学拥有名扬国际的量子科研顶尖团队。近日,该校郭光灿院士团队在量子通信实验方面取得重要进展,首次实现公里级三维轨道角动量的纠缠分发。

具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个状态发生变化,另外一个也会瞬间发生变化——这就是神奇的量子纠缠。而量子纠缠作为量子通信、量子精密测量和量子计算等量子信息过程的重要资源,其长距离分发对于量子技术的实用化及量子物理基本问题的检验至关重要。

高维系统拥有更高的信道容量,更强的抗窃听能力以及更有效的量子计算能力。光子的轨道角动量是近年来被广泛关注的高维系统,在维度扩展性方面极具优势。然而轨道角动量纠缠,易受大气湍流或光纤中模式串扰及模式色散的影响,在此之前仅能传输几米的距离,并且局限于二维纠缠的分发。

针对高维轨道角动量纠缠分发中面临的问题,中国科学技术大学团队李传锋、黄运锋研究组与其他学者合作,自主研发了适用于光子空分复用的少模光纤,设计了轨道角动量模式色散预补偿装置,首次在1公里光纤中实现了三维轨道角动量纠缠光子对的分发。分发后的量子态通过广义贝尔不等式的验证,得到3个标准偏差的不等式违背,验证了量子态的高维非局域性。针对在光纤中的模式色散退相干特性,研究组还提出了进一步扩展其维度和传输距离的实现方案。该成果为未来利用空间模式复用技术实现长距离的高维量子信息任务提供了可能性。(本报记者 陈婉婉)

光谱“天眼” 监测大气环境

近日,中科院安光所为高分五号02卫星研制的载荷——大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI-II)正样产品在合肥科学岛通过出所评审,将搭载高分五号02星实现对全球大气痕量成分分布和变化的定量监测。

高分五号02星又名高光谱观测02星,共装载七台遥感仪器。其中,大气痕量气体差分吸收光谱仪用于获取紫外到可见波段的高光谱遥感产品,能实现对全球大气痕量成分分布和变化的定量监测,业务化运行后将用于国家污染减排、环境质量监管、大气成分与气候变化监测,开展污染气体、区域环境空气质量、大气成分、气候变化等高光谱遥感监测的应用示范。

近年来,安光所一直致力于为卫星研制监测载荷,对大气主要污染气体、温室气体、云和气溶胶进行综合探测。 2018年5月9日,高分五号01星成功发射升空,共搭载了六台有效载荷,其中用于大气环境探测的三台主要载荷分别是大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气主要温室气体监测仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪,均由安徽光机所研制。这三台“天眼”在监测大气环境中各展所长,已经精确地实现对大气中臭氧、二氧化氮、二氧化硫等的遥感定量反演,为用户单位获取了大量有重要价值的数据,填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。

高分五号02星载荷大气痕量气体差分吸收光谱仪的空间分辨率指标,从高分五号01星载荷大气痕量气体差分吸收光谱仪的48公里提高到24公里,为了实现这一精度,科研人员在研制过程中针对载荷的光学系统进行了优化设计,在提高空间分辨的基础上,保证信噪比等关键指标不变。据悉,高分五号02星发射后,将会与高分五号01星进行组网观测,形成我国上、下午星组网的高光谱观测卫星星座,用以全面提升我国大气、水体、陆地的高光谱观测能力,为我国大气环境监测、水环境监测、生态环境监测以及环境监管等环境保护主体业务提供国产高光谱数据保障,并服务于国土资源、防灾减灾、农业、林业、气象等行业应用。(本报记者 汪永安)

质子治疗 实现精准打击

癌症是威胁我国人民健康的主要危重疾病之一。据统计,仅我省每年就有约18万名癌症患者。这些患者,目前绝大部分是通过放化疗或者手术来医治。治疗过程副作用较多,病人也比较痛苦。目前新兴的质子治疗,是一种粒子疗法,它是目前最先进的放射疗法。在质子治疗中,高能量质子束破坏癌细胞的同时,不会像传统的放射疗法那样攻击周围的健康组织。在业内,大家形象地称此为“质子刀”“重离子刀”。

中科院合肥物质研究院等离子体物理研究所在以大科学装置做源头创新的同时,攻克了一系列核心技术,特别是超导技术、离子源技术、微波技术等。在谋发展、谋创新的思想指导下,衍生孵化很多高技术的产品。科研人员把这些技术运用到民用健康上,研制出超导治疗系统,用质子来对肿瘤病人进行治疗。

目前,中科院合肥物质院已建成亚太地区最强磁场9.4T的磁共振成像系统,通过这套系统,可精准地对肿瘤位置进行定位。基于这项技术,合肥离子医学中心于2016年启动建设。它将采用超导紧凑回旋加速器,建设国际一流水平的高端放射治疗中心。

通过近几年的努力,科研团队在成像系统、超导加速器、旋转室、磁体系统、探测系统等方面都实现了零的突破。现在整套系统已经全部加工组装完成,正在进行调试。今年4月8日,在建的合肥离子医学中心举行主体设备吊装仪式,标志着质子治疗系统进入全面安装、调试和验收阶段,预计将在今年下半年开始进行临床试验,并有望在2021年正式开展临床应用。

据了解,目前国内只在上海设立了全国唯一的质子重离子医院。合肥离子医学中心质子治疗系统建成后,每年将可治疗约2000名癌症患者,能够较好地改善癌症患者生活质量。此外,该医学中心还将加快质子治疗设备产业化进程,降低成本,抢占该领域的国际话语权,推进这一高端的放疗技术在国内的推广运用。(本报记者 陈婉婉)

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