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1月11日，經(jīng)過中國科學(xué)院有關(guān)職能部門和專家推薦，以及同時(shí)參考廣大網(wǎng)民在亮點(diǎn)工作篩選活動(dòng)中的網(wǎng)絡(luò)投票意見，中科院在網(wǎng)站上正式發(fā)布了2021年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果。
科技創(chuàng)新能力已經(jīng)越來越成為綜合國力競爭的決定性因素。至今為止，中科院評(píng)選年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果已有5年，這些年，中科院在社會(huì)各界的大力支持以及全院科研人員的共同努力之下，科技力量不斷強(qiáng)化，重大科技成果不斷產(chǎn)出，并持續(xù)通過成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場。
今年，中科院所整理的年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果共有14項(xiàng)，其中包括“低溫制冷研究方面取得重要進(jìn)展”“中國‘人造太陽’實(shí)現(xiàn)1.2億度101秒等離子體運(yùn)行”“自研無人潛水器成功用于深淵極地科考”“探索極端宇宙取得重要突破”“成功證明凱勒幾何兩大核心猜想”“從二氧化碳到淀粉的人工合成研究取得原創(chuàng)性突破”“保護(hù)性耕作技術(shù)‘梨樹模式’支撐東北黑土保護(hù)”等成果，項(xiàng)目成果涉及范圍廣泛，囊括了我國目前需要發(fā)展的各行各業(yè)。
低溫制冷研究方面取得重要進(jìn)展
2021年4月，由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、物理研究所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氮到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過驗(yàn)收及成果鑒定，至此，我國已具備能夠研制出液氦溫度(零下269℃)千瓦級(jí)和超流氦溫度(零下271℃)百瓦級(jí)大型低溫制冷裝備的能力，并且打破了發(fā)達(dá)國家在此方面的技術(shù)壟斷，使我國大型液氦到超流氦溫區(qū)低溫制冷技術(shù)進(jìn)入國際先行行列之中。
氦這種氣體會(huì)在-269℃會(huì)成為液體，并且達(dá)到-271℃時(shí)就會(huì)成為超流氦，流阻變?yōu)榱?。液氦和超流氦在現(xiàn)代工業(yè)、能源以及科學(xué)研究中有著非常重要的作用，比如電子對(duì)撞機(jī)等大型科研設(shè)備的關(guān)鍵部分是需要‘泡’入其中去使用。制備作為能源、資源或是能夠大規(guī)模去使用的液氦或是超流氦卻并不容易，不僅要保證千瓦級(jí)、百瓦級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定工作，同時(shí)在溫度到達(dá)-269℃之后，溫度每下降1℃或功率都要對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并且關(guān)鍵部件也要升級(jí)換型。
經(jīng)過五年多的拼搏奮斗，中科院理化所團(tuán)隊(duì)在液氫溫度20K(-253℃)制冷機(jī)的基礎(chǔ)上，自主研制出了技術(shù)指標(biāo)為2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷機(jī)。該項(xiàng)創(chuàng)新成果意味著在液氦溫度4.2K，即-269℃能夠提供數(shù)千瓦制冷量，在超流氦溫度2K，即-271℃能夠提供數(shù)百瓦制冷量的大型低溫制冷機(jī)。
項(xiàng)目取得了一系列核心技術(shù)的突破，并且在應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化方面也取得重要進(jìn)展，同時(shí)，中科院理化所在這一系統(tǒng)的研制過程中，創(chuàng)造性地采用了“邊研究、邊應(yīng)用、邊轉(zhuǎn)化”的發(fā)展模式。這一項(xiàng)目的成功，還帶動(dòng)了我國高端氦螺桿壓縮機(jī)、低溫?fù)Q熱器和低溫閥門等行業(yè)的快速發(fā)展，提高了一批高科技制造企業(yè)的核心競爭力。目前，百瓦級(jí)大型制冷機(jī)成功應(yīng)用于包括寧夏鹽池液化天然氣閃蒸氣提氦項(xiàng)目、中科院高能物理研究所超導(dǎo)磁體測試平臺(tái)，以及出口應(yīng)用于韓國核聚變大科學(xué)裝置(KSTAR)等，得到了用戶廣泛認(rèn)可，支持了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
ADS超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)實(shí)現(xiàn)百千瓦高功率連續(xù)束流穩(wěn)定運(yùn)行
中國科學(xué)院近代物理研究所堅(jiān)持自主創(chuàng)新，經(jīng)過十年科技攻關(guān)成功研制了ADS超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)(設(shè)計(jì)能量20兆電子伏特)，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)了10毫安連續(xù)波質(zhì)子束加速和百千瓦、百小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，最高束流功率達(dá)205千瓦，通過了專家測試。測試期間供束可用性超過93%。
加速器驅(qū)動(dòng)核能系統(tǒng)(ADS)是核廢料嬗變處理、稀有同位素生產(chǎn)、高通量中子源等國家重大戰(zhàn)略需求的核心技術(shù)，可高效解決核電安全、清潔、可持續(xù)發(fā)展所面臨的核燃料循環(huán)利用和核廢料安全處理問題。
該裝置是國際上首個(gè)實(shí)現(xiàn)百千瓦功率的超導(dǎo)直線加速器，可作為用戶裝置滿足核物理、材料輻照和同位素制備等方面對(duì)百千瓦級(jí)高功率質(zhì)子束流的迫切需求，同時(shí)這一工作將連續(xù)波束流強(qiáng)度較原有世界最好指標(biāo)提高近5倍，確立了我國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，也標(biāo)志著我國科學(xué)家推動(dòng)國際強(qiáng)流質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器實(shí)質(zhì)性進(jìn)入10毫安連續(xù)波穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)代。這是自上世紀(jì)八十年代ADS概念提出以來，“粒子束大炮”流強(qiáng)首次達(dá)到可工業(yè)化應(yīng)用的指標(biāo)，將推動(dòng)ADS概念從夢想走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
實(shí)現(xiàn)單分子多維度內(nèi)稟參量精密測量
在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)采用融合STM、AFM、TERS等掃描探針技術(shù)策略，在單化學(xué)鍵精度上實(shí)現(xiàn)了單分子多重特異性的綜合表現(xiàn)，發(fā)展了STM-AFM-TERS聯(lián)用技術(shù)，突破了單一顯微成像技術(shù)的探測局限。團(tuán)隊(duì)利用這一高分辨的綜合表征技術(shù)，以并五苯分子及其衍生物作為模型體系，結(jié)合電、力、光等不同相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子態(tài)、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)和振動(dòng)態(tài)、化學(xué)反應(yīng)等多維度內(nèi)稟參量的精密測量。
精確測定分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、識(shí)別其化學(xué)物種一直是表面科學(xué)的核心問題，即便是在單個(gè)分子層次上，分子結(jié)構(gòu)、電子態(tài)及其激發(fā)態(tài)、化學(xué)鍵振動(dòng)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為等多維度的內(nèi)稟屬性也表現(xiàn)出顯著的特異性。分子多維度內(nèi)稟參量的精密測量一直是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的前沿問題。
該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納腔等離激元激發(fā)是導(dǎo)致特定吸附構(gòu)型下C—H鍵選擇性斷裂的原因，闡明了Ag(110)表面吸附的并五苯分子轉(zhuǎn)化為不同衍生物的機(jī)理。此外通過集成高靈敏度的單光子計(jì)數(shù)器，把拉曼光譜的實(shí)空間成像速度提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，成功地實(shí)現(xiàn)了并五苯分子化學(xué)反應(yīng)前后的動(dòng)態(tài)跟蹤與測量。結(jié)合理論計(jì)算，解釋了分子化學(xué)反應(yīng)過程的機(jī)理，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果。
這是首次使用現(xiàn)代尖端技術(shù)聯(lián)合來確定表面物種的結(jié)構(gòu)和化學(xué)異質(zhì)性，這一融合多維度表征技術(shù)方法有望為表面催化、表面合成和二維材料中的化學(xué)結(jié)構(gòu)與物種識(shí)別以及構(gòu)效關(guān)系的構(gòu)建提供可行的解決方案，未來可廣泛應(yīng)用于研究單個(gè)化學(xué)鍵極限的表面化學(xué)和多相催化等領(lǐng)域。
(來源：中國科學(xué)院、中國科技網(wǎng)、科技日?qǐng)?bào))
(原標(biāo)題：實(shí)現(xiàn)科技高水平自立自強(qiáng) 中科院2021年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果發(fā)布)
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