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                        中国仪器仪表问题系列报道之七自行设计研制 科学出奇制胜


                        中科院科学仪器研制悄然潜行

                        重大突破来自技术的创新
                        最近几年越来越多的中国科学家应邀在国际会议上作特邀报告或为专业核?#30446;?#29289;撰写综述文章这样的殊遇与殊荣虽然离诺贝尔奖还?#24515;?#31181;程度的距离但对于科学家而言无疑已得到国际同行的高度认可和赏识这种邀请本质上是对其研究工作的另一?#20013;问?#30340;奖励因为只有在科学研究上取得重大进展的科学家才有资格赢得这样的机会
                        中科院大化所研究员杨学明便是其中一位截止目前他2004年2005年先后2两次应邀为国际物理化学综述杂志(Int. Rev. Phys. Chem.)撰写了综述性文章2007年他再次应邀为年度物理化学综述(Ann. Rev. Phys. Chem.)撰写了相关的研究综述论文3年来他在重要国际会议的邀请报告达12次之多获得了国际学术界的高度评价由于杨学明研究员取得的系列性重要研究成果他获得了国际自由基会议的布洛伊达奖(Broida Prize)以及海外华人物理协会的亚洲成就奖(Achievement in Asia Award)并于2006年底当选为美国物理学会会士 (APS Fellow)
                        2006年他领导的研究小组在国际?#31995;?#19968;次成功地在量子态水平上观测化学反应的共振态?#20445;?#35299;决了国际上30余年悬而未决的一个重要科学问题他们的结果发表在2006年的科学(Science 311, 1440(2006))上2005年Wolf化学奖获得者美国斯坦福大学教授R. N. Zare应邀对他们的研究成果在同期刊物上发表了一篇背景介绍文章对杨学明等人的研究成果作了详细的介绍 最近他的研究小组又在同一课题上取得了一项重要进展并且发表在美国的化学物理杂志的通讯栏目内论文的审稿人认为杨学明小组这项进一步的研究成果是在科学杂志发表的杰出研究工作的基础上获得的又一大进展并给出了一个经典的反应共振教科书例子这一成果在2007年初被两院院?#31185;?#20026;2006年中国十大科技进展新闻之一
                        据介绍在量子态水平上观测化学反应共振态是化学研究的一项重大挑战其中氟加氢F+H2反应是迄今为止最为重要的两个化学激光体系之一也是化学反应动力学研究的一个重要的经典体系 20世纪80代中李远哲等人对F+H2反应有关于反应共振的实验研究曾引起科学家们极大的兴趣但是随后的量?#30001;?#23556;理论研究并没有证实他们实验中对反应共振现象的推论新世纪到来杨学明领导的实验小组对其进行了全量子态的高精度实验研究观测到了反应共振现象在实验基础上杨学明研究小组又通过与理论化学家张东辉等人合作利用对反应体系的精确势能面的计算和量?#30001;?#23556;理论的计算证明了F+H2反应共振现象是由两个反应的共振态所引起的由此他们解决了F+H2反应的共振态这一重要科学问题
                        杨学明的研究小组何以能做出其他人不能或很难做出的研究成果为什么他的研究小组能?#20197;?#22320;在量子态水平上观测到物质反应的这种共振态呢
                        走进中科院大连化物所或许内行人会发现国内只有杨学明的实验室放置着中国唯一一台氢原?#27704;?#24503;伯态飞渡时间谱-交叉分子束装置这一仪器的研制在中国科学院仪器研制项目的支持下得以完成
                        据悉这样的科学仪器在国际上只有在发达国?#19994;?#23569;数几个实验室拥有但与其他实验?#19994;?#21516;类仪器相比杨学明研究小组的仪器更胜一筹而整个仪器的关键部分真空腔体和分子束反应器是由杨学明研究员亲自完成设计的他在设计过程中解决多项技术难题如两个同时可以转动的?#20013;?#35201;真空密封的部件设计多个可同时转动的探测器设计以及具有大角度探测范围探测器设计等等他还在设计过程中充分考虑了需要解决的科学问题的特殊需求并对这一装置的设计进行了优化精密而又有创意的设计使得这台仪器在可靠性方面达到了很高的水平除了主要部件的研制以外杨学明还为这一仪器配置了尖端的真空设?#31119;?#20351;得这台仪器的碳氢化合物真空背景含量成为同类仪器中最低的大大降低了探测背景同时他们还为这一装置配置了先进的激光设?#31119;?#24182;且充分利用了先进的非线性光学方法用于氢原子的探测
                        在实验过程中杨学明小组的研究成员还积极对各个关键配件的研制进行了进一步的改进如实验?#20063;?#22763;生任泽峰同学为这台仪器研发了双级脉冲放电技术大大地提高了氟原子束的密度速度比和放电的稳定性并使得关键的极低碰撞能下的反应动力学研究成为可能
                        新的设计思路和精益求精的研制理念使杨学明实验?#19994;?#36825;一仪器装置不仅大大地提高了探测效率和分辨率而且在其他许多方面也具有明显优势?#25237;?#21040;之处使其各项指标均处于世界领先地位这一仪器的研制成功以及所取得的成果代表着我国分子反应动力学研究在交叉分子束反应动力学研究方向走到了国际先进行列正是利用这台他们亲手设计研制的仪器装置杨学明领导的研究小组成功地观测到了F+H2反应的共振现象使他们的研究走在了国际同行的前列
                        仪器研制悄然无声 成果发布同行觉悟
                        在中科院像杨学明这样自己设计科学仪器并做出世界一流研究成果的人可谓大有人在近乎形成了一?#20013;路c小?/div>
                        杨学明所在的研究所中科院大连化物所获得国际催化奖的李灿院士成功地研制了我国第一台紫外激光拉曼光谱仪且利用自己研制的先进仪器在国际上首次应用紫外激光拉曼光谱的方法从微观结?#20849;?#27425;上研究了催化剂的行为并揭示了催化反应的机理取得了国?#25163;?#30446;的科研成果他本人也多次应邀为其专业刊物写述评文章以及作重要国际会议的特邀报告
                        如今在中科院随意进入一个研究机构也许都能发现根据研究需要自己动手研制科学仪器的科学家
                        如中科院物理所最近5年中就推出了4台在国际上产生影响力的科学仪器其中原位微区结构分析与性质测试联合系统?#20445;?#30740;究人员在高分辨透射电子显微镜中设计制造扫描隧道显微镜透射电镜为扫描探针导航使两者强大的结构表征功能和纳?#25758;?#32437;功能结合实现了对单个纳米结构的物?#22278;?#37327;并原位表征材?#31995;?#24494;观结构据介绍此设备的探针调节范围在毫米量级调节精度达到0.1纳米除了用来测量单个纳?#25758;?#26009;场发射性质和输运性质外还可测?#31185;?#21147;学机电性质可开展多种纳?#25758;?#26009;物理/化学问题的研究另外该装置还可根据科研发展的需要随时自行对设备进行改造可满足新的测量需求这样结构?#20984;?#33021;对于商业化设备来说很难实现
                        物理所研制的超高真空低温强磁场双探针扫描隧道显微镜/谱系统不仅能够有控制地制备和生长纳米尺度?#31995;?#32467;构而且还可以原位地表征纳米结构的光学电学和磁学性质为开展自旋电子学?#20984;?#24577;量?#26377;?#24687;与量子计算等全新领域的研究提供了强大的实验手段成为我国自主研发高精尖科学仪器的一个成功范据悉该装置可将探头和样品座安装在一个可方便拆卸的结构上硬件上保证了?#20260;被?#19978;其它种类的测量装置进行特定性能的测试另一方面整个控制系统的软硬件全部自己开发为系统进一步改造和升级奠定了基础
                        不久前在成功放电的中科院合肥的托卡马克装置上等离子体所先后自主研制了HT-7的总堆系统二维X射线阵列测量和远红外激光诊断系统等
                        同样中科院力学所俞鸿儒院士主持的爆轰驱动激波风?#30784;?#30740;制项目应用自己提出的新的爆轰驱动原理研制成功国际领先的风洞在国际上引起重大的反响
                        ......
                        中科院类似的事例举不胜举但这些科学仪器往往是在研究人员取得了重要科学成果之后国际同行才发?#21046;?#23384;在
                        战略部署更超前
                        全国人大常委会副委员长中科院院长路甬祥指出如果没有仪器设备的自主创新也很难?#34892;?#30340;理论?#31995;?#31361;破一?#20013;?a title="仪器" target="_blank" href="http://www.urel.icu">仪器新装备的诞生往往是打开一个新方向新领域的关键桥梁
                        中科院在改革创新的过程中很早就认识到科学仪器自主研制与创新是科技创新的基础和重要组成部分科学仪器仅仅靠购买靠仿制将影响我国科学和技术的自主发展将限制我国在科技领域和经济领域综合竞争实力中科院知识创新工程起步不久就对科学仪器的研制进行了部署
                        据中科院计划局介绍2000年以来中科院不断加大科学仪器研制项目的投资力度将原有的科学仪器研制改造项目进一?#25945;?#21319;为科学仪器自主研制项目使科学仪器从被动研制向以创新为目的的主动研制转变截止到2006年底中科院科学仪器自主研制项目从最初的每年8项增长到每年40多项累计总?#24230;?#32422;3.7亿元平均项目支持强度超过200万元使中科院科研装备进入了快速稳定的发展时期基改变了知识创新工程实施前科研装备陈旧落后的局面一批重点建设的研究所缩小了与国际同类研究机构的装备水平的差距
                        如果追溯中国科学仪器发展的历史中科院研制仪器的工作起步很早在国家九五和十五期间国家支持的科学仪器攻关计划中中科院作为牵头单位承担的项目约占项目总数的1/3国家自然科学基金委的科学仪器基础研究专项支持的项目中中科院承担的项目约占30%左右1993年国家财政部在国家财政依然十分紧张的情况下中科院就设立了仪器设备的专项?#24335;w?年内支持中科院7亿元人民?#19994;?#31185;学仪器更新经?#36873;?#33267;2000年中科院设立的科学仪器专项?#24335;w?#20849;支持研制和改造科研项目总数达400余项支?#24535;?#36153;总额约为1.5亿元
                        然而如果与发达国家同类研究相比中科院科研装备无论在?#24230;?#35268;模上还是技术水平上都存在较大差距全中科院研究机构包含大科学装置在内科研装备总资产不及美国国家实验?#19994;?#19968;个大科学工程装置的?#24230;?#32654;国橡树岭国家实验室正在建设的散裂中子源投资达14亿美元利佛莫尔国家实验室正在进行的国?#20202;?#28608;光装置耗资高达34.48亿美元中科院计划局一位负责人介绍
                        发达国家国立研究机?#20849;?#20165;仅在在单个技术手段上保持领先地位依?#31354;?#24220;?#24335;?#30340;强立支持形成了能够支撑学科综合研究的大型仪器设备集?#28023;?#19988;不?#32454;?#26032;发展以确保其一?#36125;?#20110;领?#20154;?#24179;他补充说
                        他介绍为了更上一层楼中科院在完成一二期创新目标之后在第三期创新目标中将实现科研装备建设从?#35805;?#25913;?#35889;?#21521;重点加强从自身完?#35889;?#21521;共建共享?#25317;?#32431;购置为主转向自主研发与购置集成并举的转变全面提高科研装备的使用效率在十一五期间中科院继续鼓励并支持科研人员根据科技创新活动需求设计和制造专用实验设备或装置解决原始性创新活动中的关键技术瓶颈问题

                        中国仪器仪表问题系列报道之七自行设计研制 科学出奇制胜

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