实现科技高水平自立自强 中科院2021年度科技创新亮点成果发布
1月11日，经过中国科学院有关职能部门和专家推荐，以及同时参考广大网民在亮点工作筛选活动中的网络投票意见，中科院在网站上正式发布了2021年度科技创新亮点成果。 科技创新能力已经越来越成为综合国力竞争的决定性因素。至今为止，中科院评选年度科技创新亮点成果已有5年，这些年，中科院在社会各界的大力支持以及全院科研人员的共同努力之下，科技力量不断强化，重大科技成果不断产出，并持续通过成果转移转化服务国民经济主战场。 今年，中科院所整理的年度科技创新亮点成果共有14项，其中包括“低温制冷研究方面取得重要进展”“中国‘人造太阳’实现1.2亿度101秒等离子体运行”“自研无人潜水器成功用于深渊极地科考”“探索极端宇宙取得重要突破”“成功证明凯勒几何两大核心猜想”“从二氧化碳到淀粉的人工合成研究取得原创性突破”“保护性耕作技术‘梨树模式’支撑东北黑土保护”等成果，项目成果涉及范围广泛，囊括了我国目前需要发展的各行各业。 低温制冷研究方面取得重要进展 2021年4月，由中国科学院理化技术研究所、物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“液氮到超流氦温区大型低温制冷系统研制”通过验收及成果鉴定，至此，我国已具备能够研制出液氦温度(零下269℃)千瓦级和超流氦温度(零下271℃)百瓦级大型低温制冷装备的能力，并且打破了发达国家在此方面的技术垄断，使我国大型液氦到超流氦温区低温制冷技术进入国际先行行列之中。 氦这种气体会在-269℃会成为液体，并且达到-271℃时就会成为超流氦，流阻变为零。液氦和超流氦在现代工业、能源以及科学研究中有着非常重要的作用，比如电子对撞机等大型科研设备的关键部分是需要‘泡’入其中去使用。制备作为能源、资源或是能够大规模去使用的液氦或是超流氦却并不容易，不仅要保证千瓦级、百瓦级的连续稳定工作，同时在温度到达-269℃之后，温度每下降1℃或功率都要对相关系统进行重新设计，并且关键部件也要升级换型。 经过五年多的拼搏奋斗，中科院理化所团队在液氢温度20K(-253℃)制冷机的基础上，自主研制出了技术指标为2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷机。该项创新成果意味着在液氦温度4.2K，即-269℃能够提供数千瓦制冷量，在超流氦温度2K，即-271℃能够提供数百瓦制冷量的大型低温制冷机。 项目取得了一系列核心技术的突破，并且在应用和成果转化方面也取得重要进展，同时，中科院理化所在这一系统的研制过程中，创造性地采用了“边研究、边应用、边转化”的发展模式。这一项目的成功，还带动了我国高端氦螺杆压缩机、低温换热器和低温阀门等行业的快速发展，提高了一批高科技制造企业的核心竞争力。目前，百瓦级大型制冷机成功应用于包括宁夏盐池液化天然气闪蒸气提氦项目、中科院高能物理研究所超导磁体测试平台，以及出口应用于韩国核聚变大科学装置(KSTAR)等，得到了用户广泛认可，支持了相关行业的发展。 ADS超导直线加速器样机实现百千瓦高功率连续束流稳定运行 中国科学院近代物理研究所坚持自主创新，经过十年科技攻关成功研制了ADS超导直线加速器样机(设计能量20兆电子伏特)，并在国际上首次实现了10毫安连续波质子束加速和百千瓦、百小时稳定运行，最高束流功率达205千瓦，通过了专家测试。测试期间供束可用性超过93%。 加速器驱动核能系统(ADS)是核废料嬗变处理、稀有同位素生产、高通量中子源等国家重大战略需求的核心技术，可高效解决核电安全、清洁、可持续发展所面临的核燃料循环利用和核废料安全处理问题。 该装置是国际上首个实现百千瓦功率的超导直线加速器，可作为用户装置满足核物理、材料辐照和同位素制备等方面对百千瓦级高功率质子束流的迫切需求，同时这一工作将连续波束流强度较原有世界最好指标提高近5倍，确立了我国在该领域的领先优势，也标志着我国科学家推动国际强流质子超导直线加速器实质性进入10毫安连续波稳定运行时代。这是自上世纪八十年代ADS概念提出以来，“粒子束大炮”流强首次达到可工业化应用的指标，将推动ADS概念从梦想走进现实。 实现单分子度内禀参量精密测量 在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项支持下，中国科学技术大学单分子科学团队采用融合STM、AFM、TERS等扫描探针技术策略，在单化学键精度上实现了单分子多重特异性的综合表现，发展了STM-AFM-TERS联用技术，突破了单一显微成像技术的探测局限。团队利用这一高分辨的综合表征技术，以并五苯分子及其衍生物作为模型体系，结合电、力、光等不同相互作用，实现了对电子态、化学键结构和振动态、化学反应等度内禀参量的精密测量。 精确测定分子的化学结构、识别其化学物种一直是表面科学的核心问题，即便是在单个分子层次上，分子结构、电子态及其激发态、化学键振动、反应动力学行为等度的内禀属性也表现出显著的特异性。分子度内禀参量的精密测量一直是一个极具挑战性的前沿问题。 该实验结果表明，纳腔等离激元激发是导致特定吸附构型下C—H键选择性断裂的原因，阐明了Ag(110)表面吸附的并五苯分子转化为不同衍生物的机理。此外通过集成高灵敏度的单光子计数器，把拉曼光谱的实空间成像速度提高了2个数量级，成功地实现了并五苯分子化学反应前后的动态跟踪与测量。结合理论计算，解释了分子化学反应过程的机理，验证了实验观测结果。 这是首次使用现代尖端技术联合来确定表面物种的结构和化学异质性，这一融合度表征技术方法有望为表面催化、表面合成和二维材料中的化学结构与物种识别以及构效关系的构建提供可行的解决方案，未来可广泛应用于研究单个化学键极限的表面化学和多相催化等领域。 (来源：中国科学院、中国科技网、科技日报)
