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重要領域卡脖子重大突破

生活 更新时间:2024-06-29 09:34:19

“核數據是在微觀層面對原子核與核反應進行表征的數據,不像萬裡長城的宏偉、桂林山水的靓麗,使人們用肉眼就能獲得直觀感受和視覺沖擊,但這絲毫不會減弱核數據的重要意義。人類一切與原子核和原子核反應相關的活動都離不開核數據。”

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01

極可能被“卡脖子”的基礎領域

近日,中國核數據中心正式發布了由我國自主研發的《中國評價核數據庫》最新版本CENDL-3.2。

這個令人看不懂的代号,和這則似乎沒有引起多大波瀾的消息,實則關系到我國核領域的“根基”。

國際核數據委員會委員、中國核數據中心主任葛智剛研究員表示:“CENDL-3.2的發布,對發展我國自主知識産權的核數據技術,防範國外技術封鎖,大力發展核能、核醫學、同位素和輻照産業,進一步鞏固并提升我國在國際核數據界和核數據相關研究領域的影響力和話語權有着極為重要的意義。”

我國核數據研究起步較晚,而且在關鍵高精尖核數據與先進方法上始終受到國外封鎖。

特别是最近幾年,核大國的技術脫鈎日趨明顯,在封鎖關鍵數據和關鍵方法的對象已經擴大到了原本被認為“無國界”的核反應、核結構基礎領域,近兩年技術封鎖措施更是步步緊逼。與此同時,國外已再次加速開展核數據基礎與應用的研究。

這也從側面證明,中國必須掌握自己的核心技術的重要意義。

曾強調:“我國科技如何趕超國際先進水平?要采取‘非對稱’戰略,更好發揮自己的優勢,在關鍵領域、卡脖子的地方下大功夫。”

對此,葛智剛表示,梳理“卡脖子”問題,不光是要關注像電腦芯片這樣的硬件,更要從更深層次、更加基礎去挖掘,核數據就是極可能被“卡脖子”的一個關鍵基礎領域,今後隻能繼續加強,絕不能削弱。

02

一堆數字有這麼重要嗎?

對原子核的研究與應用是人類認識自然界、文明進步的一個體現,核數據是這個過程中的一個重要表征,也是原子核基礎研究與核技術應用的一個重要橋梁。

核數據是原子核自身特性和原子核與其他粒子發生反應的重要表征,通過研究核數據,可以推動對原子核的研究,也将推動對原子核與其他粒子發生相互作用過程研究。

一切與原子核本身和原子核反應過程相關的核裝置設計、測試、運行以及各類核技術的應用都離不開核數據的支撐。如核能(反應堆)技術發展、同位素生産、核醫學等等。高可信度的核數據可以為這些技術應用與拓展提供強大的基礎數據支撐。

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以核電站建設為例,沒有核數據支撐,核電建設需要的各種軟件就是空中樓閣。比如在核電站屏蔽設計中,如果擁有精準的核數據,計算出的所需要屏蔽層厚度不确定度就能大大降低,而無需簡單地通過增加屏蔽層厚度裕量來滿足安全性要求,這樣就可大大降低建設成本。

核數據的研究既是核科學研究與核科技應用的重要紐帶,又是這兩個領域發展的推進劑。

近年來,第四代核能系統,如鈉/鉛冷快堆、高溫氣冷堆、钍基熔鹽堆和超臨界水冷堆,乃至核聚變裝置研究都對核數據提出了更高、更新的要求。

此外,在當前這個日益網絡化、數字化的世界裡,數據本身越來越凸顯其重要性,“數字孿生”等概念也已滲入核領域。如果說對數據分級的話,核數據庫裡的數據,就是産生數據的數據,是原子世界的“底層邏輯”。

所以,重視核數據研究是核科學與核科技發展的必然,也是一個核強國必須高度重視的領域。

03

不能指望“彎道超車”

研究核數據的難度很大,特别是對一些不穩定核素。獲取可靠的核數據主要基于兩方面的工作:一是通過物理實驗進行實際測量,二是核反應理論模型計算評價。

這兩者缺一不可。

實驗是确定理論模型計算參數的基礎,但現實中,通過實驗測量方式獲取數據的成本極其高昂,某些反應道測量的技術難度極大,期望通過實驗測量所有數據是不現實的。

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測量實驗中的換靶操作

與之相反,通過核反應理論計算評價能給出較為完整的數據曲線,但當前的主要核反應理論仍然是基于唯像模型,其預測性不足,需要實驗數據來進行“刻度”,緊密結合實驗測量與理論模型計算評價生成最終的全套數據庫。

核數據研究作為典型的核基礎應用領域,在沒有核基礎整體水平大幅度提高的基礎上,要實現全面彎道超車的可能性非常小,因此隻能也必須是厚積薄發。

“同時也需要積極引入與傳統基礎研究不同的新生技術與方法,如機器學習、大數據技術等等。這樣我們才有可能在一些局部走到國際前列。”葛智剛說。

04

在“根”上耕耘

我國核數據研究始于上世紀60年代初,有力地支持了我國原子能工業的發展。1975年正式成立了第二機械部核數據中心。随着1984年我國正式加入國際原子能機構(IAEA),第二機械工業部數據中心以中國核數據中心的名義對外進行交流合作,執行國家核數據中心的職能。

多年來,我國核數據工作一直堅持兩院院士朱光亞先生制定的“小規模、高水平、有特點”指導方針,開展了大量研究并取得了令人矚目的成果。

在中國核數據中心的牽頭下,形成了包括北京大學、清華大學等20餘所高校和重點科研院所組成的全國核數據工作協作網(CNDCN)。

中國核數據中心在國内核數據領域起到了火車頭的作用,組織了全國衆多著名科學家協同攻關,完成了多期重大的國家核數據研究任務,為我國核數據發展打下了堅實基礎、填補了多項空白,建立了具有獨立自主知識産權的核數據研究體系,滿足了各方面對核數據的急迫需求。

在中國數據中心會議室的牆上,貼着許多核數據前輩的照片,錢三強、朱光亞、于敏、何澤慧、黃勝年……這些在中國原子能工業發展史上留名青史的著名科學家都曾為我國核數據事業嘔心瀝血。

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何澤慧

從二機部核數據中心到中國核數據中心,從CENDL-1到CENDL-3.2,一批批中國核數據工作者在中國原子能科學研究院僻靜的一隅裡默默耕耘。

05

地位是靠實力取得的

目前,國際上以國家或地區冠名的核數據庫有五家,即美國、日本、俄羅斯、歐洲和中國。《中國評價核數據庫》系列已得到國際核數據界的高度認同,成為國際公認的五大中子評價核數據庫之一。

地位是靠實力取得的。

葛智剛表示:“《中國評價核數據庫》能冠以‘中國’,很大程度上在于獲取這些核數據的測量與評價體系完全由中國人自己構建。”這也得到了國際核數據界的認同,認為我國評價核數據庫與其他主流評價庫沒有關聯性。

幾十年裡,中國的核數據工作者以自己過硬的業務素質赢得了國際同行的尊敬。

上世紀80年代,我國當時剛開始參加國際核數據合作,核數據測量專家盧涵林研究員在一次參加由IAEA組織的測量數據比對國際合作會議時,國外專家對中國的測量數據不屑一顧,認為中國不可能測出準确的數據。

盧涵林回國後,認真分析了大量國外專家的實驗和數據分析過程。他發現了外國專家忽略了一些問題從而導緻其測量數據不可靠,并通過自己實驗再現了他們的測量結果。

後來,盧涵林再次參加國際會議時,國外專家對盧涵林完成的測量數據心服口服并給予了高度認可。

來自北京大學的唐國有教授具有豐富的核數據實驗測量經驗。“十二五”期間,唐國有教授評價完成的鈾-238全套中子數據得到了國際核數據界的高度認可。

IAEA核數據專家特裡科夫(Trikov)在某重大國際合作的正式總結報告中指出:在美國庫的數據做出修訂前,鈾-238的數據以中國的數據為準。

最新發布的CENDL-3.2裡,針對中子誘發鈾和钚裂變系統的預測能力有了顯著提高,在一些技術指标上已超過美國、日本和歐洲的評價核數據庫。

比如,通過對1230個國際宏觀基準實驗系統的檢驗計算,CENDL-3.2在鈾和钚裂變系統臨界裝置上Keff計算的卡方 (c2)檢驗結果已好于美國、日本和歐洲評價核數據庫的結果。

06

選擇核數據研究就是選擇一種情懷

中國評價核數據庫裡面每個數據的背後都是全國核數據工作者無言的付出。

在難以獲得國外先進技術支持的前提下,我國核數據實驗研究人員花費了大量心血、克服種種困難,開展了一大批重要核素的關鍵反應道數據的實驗測量工作,取得了高水平的實驗測量數據。

比如,對某關鍵核素反應截面的測量從樣品制備、實驗方案确定和實驗設備能力提升等最後獲取實驗數據就曾花費了十餘年時間。再加上大科學裝置等基礎設施相對落後,我國的科研人員要付出比國際同行更多的汗水和艱辛。

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幾十年裡以來,中國核數據中心沉澱了一支平均年齡40多歲、精幹的中青年人才隊伍。

中國數據中心評價部理論組組長續瑞瑞研究員說道:“在外人看來,我們多年的研究成果往往隻是一些普普通通的數字,不像有些科研領域的成果那樣引人矚目,但對國家仍然有着不可替代的作用。當你選擇了核數據事業,也可以說是選擇了一種情懷,須坐得住冷闆凳,當然也要學會苦中作樂。”

中國核數據中心測量技術研究部主任阮錫超研究員與妻子陳永靜研究員同在中國數據中心工作。阮錫超負責實驗測量,陳永靜負責實驗數據評價,屬于工作流程的上下遊環節。按阮錫超的話說,兩口子讨論核數據從單位一直讨論到家裡。

當兩口子出現意見分歧怎麼辦呢?阮錫超笑着回答:“反正在家裡都是‘媳婦兒對’,要下結論回單位再說吧。”

07

國外越封鎖,我們越開放

2019年,在北京舉行了第十四屆國際核數據大會。國際同行稱這次會議是國際核數據界的北京奧運會。

這個系列會議每三年召開一次,是國際核數據界規模最大、水平最高的學術交流會議。此前從未在經濟合作與發展組織(OECD)成員國之外的國家舉辦過。通過積極與一些OECD成員國競争,我國首次獲得了這次大會的舉辦權,并成功地在北京舉行。

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這是國際核數據界對中國幾十年來取得成就的肯定。

基于我國現有研究基礎、實驗設施條件和國際核數據研究最新發展趨勢,中國核數據中心牽頭制訂了我國核數據未來5~10年持續發展規劃:

一是建立完善的、具有國際一流水平的核數據研究體系。如依托國内已經建成及即将建成的各種核科學大科學裝置(如中國散裂中子源、500 MeV強流質子直線加速器等),到2035年,建立完善的、具有國際一流水平的核數據測量能力體系,實現我國核數據測量能力的跨越。

發展先進的理論模型程序及計算方法,在核數據研究中引入人工智能等新技術與新方法,實現理論評價、建庫及宏觀檢驗等方面能力的大幅度提升。

二是聯合國内的優勢單位,打造高水平研究隊伍,進一步提升我國核數據研究在國際上的影響力。如:目前中國核數據中心聯合國内研究力量,特别是新生研究力量,對核數據基礎理論研究進行了布局,開展了核裂變理論基礎、輕核反應理論、核數據處理方法等方向的研究。

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三是加強交流與合作。在國外核大國趨于對我們進行技術封鎖和脫鈎的大背景下,我們更應進一步擴大對外交流與合作,消除各種不利因素,以争取更好的發展環境,進一步提升我們的水平。

中國核數據中心已經與IAEA、經合組織核能署(OECD/NEA)等相關國際組織機構及美國、俄羅斯、日本、德國、荷蘭、法國、意大利和韓國等國的核數據中心與機構建立了良好合作關系。

在人類探索、研究原子核的奧秘過程中,來自世界各國的科學家與研究人員為此付出了極大的心血,也經曆極大的艱辛與曲折,甚至為此付出了生命的代價。

不斷地豐富核數據研究與應用的成果、加深對原子核的認識并造福全人類,就是對這些付出的最好尊重。

在基礎科研逐漸被重視、國家投入逐步加大的沃土上,中國核數據工作者也将繼續埋首耕耘。

來源:中國核工業

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