“人造太陽(yáng)”——核聚變能,以其安全、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)成為滿足未來(lái)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要技術(shù)方案。但要實(shí)現(xiàn)這一核聚變,通常要求溫度達(dá)到億度量級(jí)。
那么問(wèn)題來(lái)了,如何精準(zhǔn)測(cè)量如此高的溫度?
在第十七屆“振興杯”全國(guó)青年職業(yè)技能大賽(職工組)中核杯創(chuàng)新創(chuàng)效競(jìng)賽全國(guó)決賽上,來(lái)自中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院的副研究員蔣敏,帶來(lái)她和團(tuán)隊(duì)成員的探索成果——新一代“人造太陽(yáng)”(HL-2M)裝置上全域、多道、精細(xì)、準(zhǔn)確的溫度分布測(cè)量系統(tǒng)——超寬帶自標(biāo)定電子回旋輻射系統(tǒng)。
(相關(guān)資料圖)
“非接觸式的測(cè)量方法通常有激光和微波,微波具有連續(xù)、高時(shí)空分辨、抗輻照等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)聚變堆裝置上測(cè)量溫度必不可少的工具?!弊鳛橄冗M(jìn)微波診斷團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的蔣敏介紹,它的基本原理是通過(guò)接收電子回旋運(yùn)動(dòng)發(fā)出的微波頻段的輻射信號(hào),從而給出溫度的信息。
但要想驗(yàn)證這一原理,需要發(fā)展寬頻帶技術(shù)才能獲得全空間測(cè)量,且需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定才能獲得準(zhǔn)確的溫度值。
顯然,這并不是一件容易的事。蔣敏和團(tuán)隊(duì)成員發(fā)明了多路倍頻和多工器陣列技術(shù),解決了超寬帶與低損耗的兼容難題,這就好比實(shí)現(xiàn)了“魚(yú)”與“熊掌”二者兼得,提高了系統(tǒng)帶寬和通道的拓展能力。
項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中,團(tuán)隊(duì)首次采用基于頻偏去相關(guān)技術(shù)的降噪方法,使電子溫度擾動(dòng)測(cè)量靈敏度達(dá)到0.5%,“可從兆瓦量級(jí)背景中提取納瓦量級(jí)的信號(hào),如同‘炎炎烈日下攝取星光’”。
值得一提的是,團(tuán)隊(duì)還首創(chuàng)了短時(shí)間內(nèi)改變測(cè)量位置的方法,實(shí)現(xiàn)了電子溫度在線、實(shí)時(shí)標(biāo)定。這一在測(cè)量的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)定標(biāo)的創(chuàng)新,被蔣敏比喻為“一手磨刀一手砍柴”,完全區(qū)別于此前離線測(cè)量標(biāo)定。
一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新背后,是這支平均年齡30歲團(tuán)隊(duì)的青年科技工作者一遍遍認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹拜^真”。僅為了找到更好的降噪處理方法,團(tuán)隊(duì)就花了將近一年時(shí)間。
“完成一次嘗試大約需要兩到三個(gè)月,為了盡可能達(dá)到更好的降噪效果,團(tuán)隊(duì)嘗試了三四次,最終成功測(cè)量到核聚變反應(yīng)芯部區(qū)域的微觀溫度升降?!笔Y敏表示,通過(guò)準(zhǔn)備此次大賽,她深刻體悟到團(tuán)隊(duì)精神的重要作用,“團(tuán)隊(duì)成員爭(zhēng)相提出自己的意見(jiàn),大家一起頭腦風(fēng)暴”。
項(xiàng)目研發(fā)傾注了團(tuán)隊(duì)成員的心血,也收獲了豐碩成果。讓蔣敏和團(tuán)隊(duì)成員欣慰的是,這一成果已經(jīng)成功測(cè)量到聚變裝置中億度量級(jí)的溫度,在聚變前沿物理研究中發(fā)揮了重要作用。以這一項(xiàng)目研發(fā)為基礎(chǔ),團(tuán)隊(duì)發(fā)表SCI論文6篇,已獲3項(xiàng)發(fā)明和2項(xiàng)實(shí)用新型專利授權(quán),實(shí)現(xiàn)2項(xiàng)成果轉(zhuǎn)化,創(chuàng)造近百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。
在相關(guān)專業(yè)技術(shù)鑒定中,這一項(xiàng)目的科技成果鑒定結(jié)論為總體性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,其中一些關(guān)鍵技術(shù)以及基于本作品獲得的研究成果分別獲得了國(guó)防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和集團(tuán)級(jí)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
與此同時(shí),關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用至國(guó)內(nèi)外5家聚變專業(yè)科研院所和微波企業(yè),培養(yǎng)了國(guó)家級(jí)和省部級(jí)人才各兩名?!拔覀兊倪@一研發(fā)成果在微波遙感和氣候監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景?!笔Y敏說(shuō)。
讓她開(kāi)心的是,頭一回參加“振興杯”,就獲得了金獎(jiǎng)?!昂芎玫卦忈屃撕斯I(yè)的精神——嚴(yán)細(xì)融入一切,進(jìn)取成就一切?!睘榱嗽诖疝q的4分鐘內(nèi)完美呈現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果,蔣敏光答辯就練習(xí)了不下50遍。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 杜沂蒙
關(guān)鍵詞: 重要作用 關(guān)鍵技術(shù) 才能獲得
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