中国科学院理化技术研究所组建20周年
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桐花万里丹山路,雏凤清于老凤声

发表日期:2019-06-06来源:胡忠军 低温工程与系统应用研究中心放大 缩小

今年是理化所组建二十周年,我有幸作为相随相伴的一员,目睹了理化所日新月异的变化,见证了低温事业的蓬勃发展。

至今还清楚地记得,当年在玉泉路开学典礼上,见到那些著名科学家时激动的心情,他们谦逊而热情洋溢的讲话,给我留下了终生难忘的印象。多年以后,我们生逢其时赶上了大型低温新发展的热潮,在老一辈科学家们的壮丽篇章里续写新的梦想。

中科院低温技术实验中心印发的最后一版招生简章(1999)

我家书柜里保留着一份1999年的研究生招生简章,上面这样写道:“制冷及低温工程作为一门独立及不可替代的学科,在国民经济及国防事业各部门有着相当广泛的应用”。当时低温物理专业有洪朝生、金铎、陈兆甲、何豫生、王玉鹏5位导师。低温工程技术研究中心有周远、梁惊涛、张亮、杨克剑、郭廷玮、吴剑峰6位导师。这是一个在当时国际低温领域享有盛名的实验室。

低温技术的发展如同人生的际遇,与时代背景的发展休戚相关,从未停歇。从皇城根到中关村,以洪朝生院士和周远院士等为代表的老一辈低温工作者,在“两弹一星”时期做出了卓著的贡献,氦液化器的推广也促进了我国超导研究的发展。改革开放以来,从冷中子源的初战告捷,到北京正负电子对撞机改造时的紧急援助,国内对大型低温技术的需求和规模日趋增大,所里一直在思考如何加快步伐,适应时代发展的需要。

国际低温工程委员会(ICEC)主席G.Gistau-Baguer教授氦制冷技术培训班结业(20045)

20届国际低温工程大会期间举办的“氦制冷技术”培训班,由时任ICEC主席Gistau先生授课,他参与了欧洲核子中心低温系统的设计和建造,课程较为系统和深入。洪先生和张亮老师也曾担任过ICEC副主席。我们李青老师的德国导师Gustav Klipping教授也曾任ICEC主席,国际上为了纪念Klipping夫妇还专门设立了“克里宾奖”。

Gustav Ingrid Klipping夫妇

 

7L/h7000L/h氦液化器(Gistau2013)

20089252110分,神舟七号载人航天飞船在酒泉发射成功,海内外华人为之振奋。此时此刻,大洋彼岸却传来一丝不和谐的声音。当地时间24日清晨,美国FBI在弗吉尼亚州的诺福克城逮捕了一位知名的华裔低温专家,炮制出“航天间谍案”的闹剧,FBI控诉其称 “售卖液化氢技术”。为了彻底消除长期以来国际垄断和技术封锁的局面,发展我国的大型低温技术迫在眉睫。

20081117日,成立两年的理化所大型低温工程研究组正式递交了一份关于自主发展大型低温技术的思考和建议,引起了中科院各级领导的高度重视。时任中科院计财局副局长的张丽萍同志专程到所里深入调研。所里组织了专题研讨会,与会学者们的观点并不一致,大家还不知道这件事最后会做成什么样。李青老师因腰疼而汗透衣背,但依然坚持提出要让大型低温在国际上争一席地。他这种坚忍不拔的精神令人钦佩,正所谓“古之立大事者,不惟有超世之才,亦必有坚忍不拔之志”。就这样开始了漫长的立项论证之路,李青老师因行动不便,一度住在办公室里,我与李青老师则处于捆绑工作模式,几乎每天都忙到下半夜,通宵达旦也是常事。

立项中最困难的一点,就是如何用简洁而通俗的语言让外行听得懂技术上的挑战所在。有人甚至这样讲,这不就像空调,拿遥控器一直按到零下269℃,氦气不就变成氦水了吗。的确,人们很难理解从0℃往下,只降低270来度究竟有什么困难的,因为生活中加热到上千度都是非常容易的事。由于开尔文爵士定义的绝对零度是原子停止运动的理论极限,是永远达不到的死寂状态。和其他挑战极限的事情一样,在通往液氢液氦的道路上注定充满了重重困难。氦是唯一不是在地球上发现的元素,具有极其特别的性质,历史上氦气液化也曾经一度被认为是不可能的事情。小小一杯氦水,却是打开新物理世界的一把金钥匙。

几经删改,反复研讨,从大科学工程的迫切需求、国家战略需求,到透平膨胀机的研制重点,项目书的意义和内容终于凝练起来。在理化所新任所长张丽萍带领的所领导班子的顶层设计和鼎力推动下,材料处批准了我们一台液氢温区2kW的样机研制项目,先行技术验证,以正在建设中的中国散裂中子源为应用目标。我们与散裂源在历史上就结下不解之缘,慢化器的冷却方案,在散裂源酝酿之初我们就提出过液态甲烷和液氢两种冷却方案。令人欣慰的是,理化所提供的低温部件在散裂中子源液氢系统中运行良好。

2kW制冷机的研制总体上还算比较顺利,用了仅仅两年的时间就圆满地完成了任务。迈向温度极限的低温系统,虽然原理和系统称不上多复杂,但由于这是一个对各种具有挑战性细节的集大成者,方方面面都体现着对挑战极限的苛求。制冷机最核心的部件是气体轴承透平膨胀机,以每分钟十几万甚至数十万的转速高速运行,圆周速度几乎相当于子弹出膛速度,产生的应力几乎接近有些材料强度极限。这种高速转子的稳定性也是极具挑战性的技术难题,在40L/h氦液化器膨胀机的开发过程中,仅仅调试透平轴承用掉的石墨材料就多达两筐。

 

邓麦村秘书长在简易工棚内检查工作

建成后的2kW/20K制冷机(2011年)

低温工作者面临两个永恒的课题——漏和堵,两者都可能对系统造成致命的影响。有这么一件难忘的小事,有位获得过“五一劳动奖章”的杨师傅,看见我拿着氦质谱检漏仪,拍着胸脯说“我焊接的东西,绝对不会漏”。我向他解释,他的手艺我是相信的,但泄漏是绝对的,主要是看泄漏率发生在什么量级上。当时泄漏率要求的水平,打个比方说,相当于经过300多年长的时间才会泄漏掉1升的气体,杨师傅觉得这简直是抬杠。等到检漏仪嘀嘀报警的时候,老杨师傅像个孩子似的,摸着自己的脑袋说,“我焊的东西居然也会有漏啊”。从那开始我们成为了很好的忘年之交。这种国家劳模工匠在我们的研制过程中并非罕见,在氦气螺杆压缩机国产化经历中,也是一位全国劳模陆师傅巧妙的解决了吸气压力自适应的问题。

无独有偶,去年我到昌平的一个工厂,焊工师傅认出我是理化所的以后,竟然做出了一个惊人的举动,把焊帽焊枪一扔对老板说,“这活可真干不了,你是不知道他们的要求有多苛刻”。原来他就是当年在2kW现场跟着师傅帮工的那个小伙子,他目睹了我们液氮冷击和反复检漏的艰辛历程。当时在5号楼东头搭着临时的简易雨棚,换热器展开的焊缝有上千米长。这只是我们遇到的极致条件的两个小例子,从中也可以看出,在努力迈向温度极限的过程中,有多少细枝末节的严苛要求,达到了各个行业几乎竭尽所能的程度。

低温系统不仅怕漏,也怕堵,对氦气介质洁净度的要求很高,痕量污染物的要求远远高于纯净水的指标。由于低温工程上普遍采用的是喷油压缩机,需要精密的除油系统,油含量需要净化到十亿分之一的程度。稍不留神,各种容器和管道部件的内表面上存在二次污染而前功尽弃。开始承担制造的单位,虽曾经为某发射中心服务过,结果内表面检验不达标,至今这个单位的负责人见了我们都满怀歉疚。

这样的场景和故事历历在目,简直数不胜数。十年以来,在财政部两期重大专项的资助下,在从液氢到液氦,从液氦到超流氦的道路上,步步为营,不断积累,不断突破。从2kW/20K10kW/20K制冷机先后研制成功,到40L/h氦液化器研制成功;从250W/4.5K制冷机研制成功,到200W/4.5K制冷机走出国门;从这个月500W/2K核心设备研制成功,到2.5kW/4.5K大联调在即,步步成功的背后,饱含着多少人的勇于担当,多少回挑灯夜战,多少回山重水复,多少回柳暗花明。随着工程经验的积累,人才队伍的壮大,在大科学工程上的应用渐渐透出缕缕曙光。

从过去到现在,这曾经是一首跌宕起伏催人奋进的凯歌;从现在到未来,这注定是一个历久弥新永不落幕的故事。

 

荒地上的氦气压缩机(2012年)

建成后的廊坊园区试验车间(2013年)

一路走来,项目指挥部阵容堪称豪华,几乎涵盖了理化所组建以来全部的所级领导。所里每个职能部门都给予全力配合,多少回与我们一起并肩加班到深夜。曾几何时,洪朝生先生语重心长地表示对这个项目的关切,老先生心系国家民族利益,也珍惜几十年沉淀的低温口碑。周远老师耐心细致地出谋划策。詹文山老所长,严谨细致,胸有丘壑。刘新厚所长在早期论证会上力排众议,肯定和尊重立项小组的辛勤付出,鼓励之语掷地有声。张丽萍所长大格局、大泼墨、雷厉风行的作风也深深感染着每一位参与者。二期总指挥刘新建副所长,奔波于前沿一线的千里之外,运筹重大节点于帷幄之中。在龚领会老师和有关领导的积极推动下,成功实现了大型低温技术的成果转化,中科富海横空出世,不久的将来将与林德和法液空公司形成鼎立之势。

一路走来,从最初几个协同作战的课题组,凝心聚力成为一个研究中心,举众人之力,兴众望之事。李青老师、龚领会老师、刘立强老师,与年轻一代亦师亦友,殚精竭虑,兢兢业业。伍继浩老师放弃了在欧洲核子中心舒适的生活,投身到祖国低温事业的洪流之中。

一路走来,每一位同事都始终以饱满的热情、负责的态度,努力工作。尽管曾经条件艰苦,进度急迫,都依然信念不改,无怨无悔。从中关村到廊坊,从忙碌的航班到疾驰的高铁,多少次风雨无阻,多少回焦头烂额,每一张图纸都深思熟虑,每一道工艺都马虎不得,每一点进步都来之不易,每一滴汗水都不留遗憾。

一路走来,我们与大大小小的合作单位,从一开始观念上的分歧,到现在心有灵犀的配合默契。最欣慰的是,几乎每个单位都有共同的感受,与我们的合作,最大的收获是提高了水平,锻炼了队伍,受益匪浅。而我们也更感恩于各行各业的大力支持,有了他们的理解、合作、认同和努力,才有今天整个低温系统品质的保障。

整装待发的2.5kW/4.5K氦制冷机局部(20194月)

一路走来,我们的装备已服务于航天也服务于民生,在天南,也在地北。我们经历了冷眼相待,也经历了雪中送炭;经历了冷嘲热讽,也经历了刮目相看。有了工程上稳定运行的数据,用户专家不再怀疑,我们成了无话不谈的朋友。

一路走来,我们经历过失败,经历过危险,经历过挑战,经历过彷徨,经历过争论,经历过各种困境,沮丧而从不气馁。一路走来,我们分享着成功,分享着喜悦,分享着经验,分享着憧憬,分享着梦想,欣慰但从不骄傲。

一路走来,我们收获了技术,收获了友谊,收获了感动,收获了丰富多彩的科研感悟,收获了那份坚持不懈的力量。

新时期大型低温事业的漫漫征程才刚刚开启。桐花万里丹山路,雏凤清于老凤声。我们有理由相信,低温事业的明天将更加辉煌,理化所的未来会更加美好。

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