格致论道湾区科学家讲述国之重器的攻关破局故事

　　近日，2022中国海外人才交流大会暨第24届中国留学人员广州科技交流会系列活动：格致论道·湾区第20期在广东科学中心举办，本期讲坛以＂破局＂为主题，邀请5位不同领域的嘉宾，分享他们在散裂中子源、时间由来、冷泉生态、海底火山、红树林保育等领域的科研攻关故事。
　　本场活动由广州市科技局主办，广州物联网研究院和广东科学中心承办，广州科技金融集团有限公司支持，粤港澳大湾区科技馆联盟协办。
　　从0到1
　　实现＂北京时间＂的自主可控与性能提升
　　科学技术的快速发展和社会的不断进步对高精度授时服务的要求越来越高。＂北京时间＂是由位于陕西的中国科学院国家授时中心产生发出的。国家标准时间产生需要高精度的原子钟，但数十年间，原子钟主要依赖进口。2005年，张首刚留学归国，他从零起步，带队攻关十余年，先后成功研发了国际首款、出口欧洲的激光抽运小铯钟、守时型铷喷泉钟、基准型铯喷泉钟，以及世界最小的芯片原子钟等，并建立了多手段世界时自主测量系统等，实现了＂北京时间＂的自主可控和性能提升。
　　张首刚的脚步从未停止。2022年10月，张首刚负责研制的＂空间站高精度时频科学实验系统＂，随＂梦天＂实验舱一起顺利升空，这将是国际上精度最高的空间时频信号产生传递系统，包含了全球首台空间光钟等，将支撑相关基础物理研究和相关重要工程应用，包括对北斗系统的增强。目前，他还负责着国家重大科技基础设施＂高精度地基授时系统＂的研制建设。他提出了立体交叉的国家授时系统设想，5年内将建成空天地相互融合、相互增强的弹性国家授时系统，把钱学森先生提出的＂中国一面大钟＂变为＂中国3D大钟＂，有力支撑国家高质量发展。
　　从无到有
　　建成我国首台脉冲式散裂中子源
　　2007年至今，在东莞松山湖这块热土，中国科学院高能物理研究所副所长陈延伟参与和见证了＂国之重器＂中国散裂中子源，从蓝图到建成，到跑出科研＂中国加速度＂的全部过程，它的建成填补了国内脉冲中子应用领域的空白。
　　散裂中子源就像＂超级显微镜＂，小到手机芯片、DNA，大到深海潜水器、高铁车轮，它能探察到物质内部的微观景象，从而为我国材料科学、物理学、化学化工、环境与能源等领域的研究提供技术手段。在散裂中子源支撑下，我国首台自主研发的加速器硼中子俘获治疗(BNCT)实验装置研制成功，BNCT是目前癌症最先进的治疗手段之一，能精准杀死癌细胞，并且不影响正常细胞。
　　散裂中子源由于投资大、技术复杂、实验难度大，关键技术过去由国外掌握，没有引进的可能。因此建造之前，要通过大量的预制研究。
　　散裂中子源团队通过创新攻关，使设备的国产化率达到了90%以上，整个装置的综合性能进入国际先进行列，很多设备还走出了国门。建成不是终点，而是另一个起点，为持续优化和提升束流和打靶功率，中国散裂中子源二期工程预计于今年内正式动工，这将是散裂中子源团队未来的重点工作之一。
　　原位探究深海冷泉
　　服务深海资源开发
　　海底不仅有丰富多彩的生命，还有绿色高效的可燃冰清洁能源。以汽车为例，一辆汽车如果加满100升的天然气，能跑300公里；但是如果加入相同体积的可燃冰，就能跑5万公里。可燃冰凭借分布广、规模大、埋藏浅、密度高、燃烧值高和清洁无污染等优势被认为是21世纪最理想的替代能源。而我国可燃冰储量排名全球第一，具有非常广阔的开发前景。
　　可燃冰的动态变化与海底冷泉关系密切，研究冷泉对寻找可燃冰具有重要意义。据中国科学院南海海洋研究所研究员王淑红介绍，目前，我国已在8个海域发现冷泉系统，其中，南海冷泉主要分布水深为200-3000米；她和她的团队近年来一直聚焦海底冷泉系统的形成演化过程研究，自主研制了一批海底冷泉原位观测设备，实现了对海底冷泉活动进行观测和取样研究。未来，在国家的支持下，团队所在中国科学院南海海洋研究所，还将建设用于冷泉生态系统研究的大科学装置，发展更先进的深海载人海底实验平台，去探索更多有关海底冷泉系统的奥秘。
　　探索海底火山
　　加强监测防范
　　火山喷发是自然灾难之一，而火山不仅会在陆地上喷发，也会在海洋里喷发，称为＂海底火山＂。仅2022年，全球海底火山较大规模的喷发就有6次之多。其中最受关注的汤加火山喷发，规模创100多年来最高纪录，能量相当于1000颗广岛原子弹，造成了严重的大气污染、建筑破坏、人员伤亡以及经济损失。因此，加强对海底火山的认识和监测，将有助于更好防范火山喷发，并将其造成的灾害降至最低。
　　中国科学院南海海洋研究所研究员张锦昌介绍，诸多海底火山深藏上千米水深的海底，并且远离周边的陆地。要对海底火山进行观测，需要乘坐现代的科学调查船，带上先进的海洋探测仪器，结合卫星和陆地的通信等设备对海底火山进行量身高、照CT等。经过多次出海调查，张锦昌与国际科研团队合作发现＂地球最大单体火山＂是太平洋海底里的大塔穆火山，其面积之大，甚至能和太阳系中已探明的最大火山——火星的奥林帕斯火山相媲美，大约相当于广东和广西加起来的面积。大塔穆火山是一座形成于一亿多年前的死火山，现今不会有喷发危险，但它对我们研究海底火山形成机制等有着重要的参考价值。我们国家周边海域也有零星的海底火山分布，尽管相对安全但仍需加强监测。目前，我国正在建设国家海底科学观测网，这是国家重大科技基础设施建设项目，未来将服务于海洋灾害预警、环境监测和资源开发等多方面的综合需求。
　　保育红树林
　　助力我国碳中和
　　红树植物是指生长在热带和亚热带海岸潮间带的一类木本植物，这类植物的树皮中含有一种叫作单宁的物质，与空气接触后会被氧化为红色，所以得名＂红树＂。在我国，红树林主要分布在广东、广西、海南等省份的海洋沿岸，它既是防风消浪、净化海水、维持生物多样性的＂海岸卫士＂，也是固碳储碳、应对气候变化的＂海洋绿肺＂，单位面积红树林的固碳能力是热带雨林的6倍。
　　但随着人类活动扩张和环境污染的加剧，全球红树林大面积消亡，而我国是世界上少数几个红树林面积净增加的国家之一。中山大学环境科学与工程学院副教授彭逸生及其团队就是众多红树林保育队伍中的一支，他们从2011年起，对广东省150多个典型红树林分布点进行调查，在榄李地理分布的最北端——惠州，抢救育苗、迁地种植，为榄李找到了新家。除此之外，他们研究还发现＂外来树种＂虽生长很快但单位面积碳储量远低于乡土树种，而且它严重挤压了乡土树种生存空间，导致矮小的乡土树种扩张受限。他和他的团队给外来树种＂喂药＂，让其叶片脱落、停止生长的同时，树干依旧挺立，保留防风消浪的功能。对于彭逸生和他的团队而言，保育红树林一直是进行时，他们将不遗余力，为我国的红树林保护恢复作贡献。
　　【撰文】张钰籴
　　【作者】 张钰籴
　　【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端