1. 愛迪生的故事
關於愛迪生的故事8篇
上學不到3個月,就被學校永遠地開除;10歲就擁有了自己的實驗室,開始了發明創造事業;15歲被憤怒的列車長一記耳光打聾了右耳;30歲就已完成四重電報裝置研究,發明了留聲機……偉大的發明家托馬斯阿爾瓦愛迪生的一生不斷地給人帶來驚喜,早年的艱辛更是讓我們看到了一個偉大發明家的執著與堅強。被譽為公眾英雄的愛迪生一生中有20xx多項創造發明。僅獲得專利權的發明就有1093種。很難想像沒有他發明的電燈,我們的生活會是多麼黑暗;失去了他發明的電影放映機,我們的生活將失去多少歡樂。
在美國的俄亥俄州的米蘭市有一戶貧寒的人家,一家人主要靠種田為生。1847年2月11日,一個嬰兒的啼哭聲打破了這家人平靜的生活,愛迪生出生了。他從小就有個「毛病」,什麼事都問,什麼事都想自己親自試一下,小腦袋裡裝滿了對這個世界的好奇。有一次,因為他對火的強烈好奇心,他一次次地點火觀察「火到底是怎麼回事」,結果引燃了鄰居的糧倉。這個「毛病」給他帶來災難的同時,也給他打開了一扇扇向未知世界開啟的大門。
7歲時,愛迪生上學了。在學校里,愛迪生仍然像在家裡那樣提出各種稀奇古怪的問題,而這些古怪的問題是老師無法解答的,例如「為什麼2加2等於4」等等。學校的老師並不像愛迪生父母一樣因為理解他的天性而不去嚴厲懲罰他,相反,老師認為愛迪生不是低能兒就是搗蛋鬼,所以在愛迪生上學還不到3個月的時候,就被迫永遠地離開了學校。
幸運的是愛迪生的母親南希當過小學教師,她不僅耐心地回答兒子提出的一切問題,而且還會給他講很多有意思的故事,推薦很多書讓他看。她推薦的《自然讀本》是愛迪生最喜歡的一本書,因為裡面介紹了許多物理和化學實驗,而這本書也是當時不到10歲的愛迪生第一次讀到的科學書籍。
因為家裡的生活日益貧困,11歲的愛迪生就走向社會,開始自謀生路。他先是幫別人賣花,後來又當上了報童。他掙的錢大部分用來補貼家用,只有少部分留下來買書籍和化學葯品。
愛迪生賣報的那列火車的終點有個圖書館,愛迪生總是會在火車停留在車站的時候去那裡看書。那時候12歲的他就已經讀過英網歷史學家吉本寫的《羅馬帝國興衰史》和休謨寫的《英國史》。「書籍是無窮無盡的,而人的生命是有限的。你要選定一個目標,然後圍繞這個目標有選擇地讀書。」圖書館工作人員的這番話讓小愛迪生知道了該怎樣看書。
愛迪生再歡實驗的「毛病」並沒有因為走上社會而改變,反而變本加厲了。他央求列車長,允許他在賣完報之後在行李車的一角做實驗。列車長答應了。當愛迪生沉浸在可以在空閑時間做實驗的幸福中時,不幸的事情發生了。一天,愛迪生裝黃播的瓶子因為火車的顛艇倒了,黃破撒了出來並引起了自燃。在愛迪生和列車員的合力下,火被撲滅了。雖然沒有釀成火災,但是列車長的一記耳光把當時15歲的愛迪生打成了右耳終生失聰,愛迪生也結束了他的賣報生涯。
天無絕人之路,後來愛迪生因為救了火車站站長的兒子,而得到了站長的感激。為了報答愛迪生對他兒子的救命之恩,當過電報員的站長教會了愛迪生收發報技術,僅僅用了4個月的時間,愛迪生就可以出色地完成這一工作了。鐵路電報員的工作每班12小時,而隔兩天就有一個夜班。對實驗的熱愛,讓愛迪生總是不捨得把休班的時間浪費在休息上,因此,上班的時候他就經常打睦睡。當時,鐵路局規定,夜班電報員必須每隔一小時向局裡發一次信號,這是為了避免值班人員睡覺誤事而規定的。愛迪生經過反復試驗,最終他把電報機同報時鍾連在了一起,這樣當報時鍾打點時就會帶動電報機向局裡發信號。但是好景不長,局裡發現了愛迪生的這種"偷懶」行為,這個天才的發明讓愛迪生失去了這份工作。
失去工作的愛迪生來回穿梭在各個車站之間,因為盡管他的收發報技術無可挑剔,可他還是因為「不務正業"經常受到車站的解僱。因為愛迪生曾經用過的工作台,擺滿了他的工作用具。
他總是為了把腦子冒出的靈感火花記錄在小本上,而讓對方中斷發報或者直接把該發的電報拋到了腦後,所以他一次又一次被車站解僱。其中還有一次,他把實驗用的硫酸灑在了站長室貴重的地毯上。站長非常惱火,當即解僱了他。
雖然經常被解僱,但是愛迪生總是在琢磨和練習該怎樣收發電報,他的技術越來越精、越來越有名了。他經常被派去收發速度更快的新聞電報。他被朋友推薦到波士頓當時有名的西方聯合電報公司工作。愛迪生剛一報到就被叫去接收紐約發來的重大新聞電報。他們的目的是為了看一下這個小夥子的技術到底怎麼樣。愛迪生從容應對,處變不驚地應付發報人的故意刁難——在對方放送電報的過程中,夾雜著一串含混不淸的數字信號。當愛迪生交上電譯稿時,同事們吃驚地看到,那串含混不清的數字居然也被清晰准確地譯了出來,由此「敏捷而准確的電報員」成為了同行們對這個「不務正業」的人的稱呼。
讀書和做實驗是愛迪生無論如何都丟不了的兩大嗜好,即使生活再艱苦,即使是在流浪,即使是向朋友借錢度日,他仍舊堅持做實驗。他對讀書和做實驗之外的事是非常吝嗇的,他不捨得把錢花在讀書和實驗之外的地方,總是把宵下來的錢全部用在買原料和書箱上。愛迪生從不捨得為自己添置衣服,「上帝不允許我花費這么多錢在穿衣上",這是他在硫酸把他身上花30元剛買的衣服燒壞的時候說出的話。對於買衣服愛迪生是非常吝嗇的,但是對於花錢去看書和做實驗他卻又是非常慷慨的。他每天用來睡覺的時間只有4個小時,當他得到了一生中對他幫助最大的書——《法拉第電學研究》時,更是把全部的心思放在了這本書上。幾年之後,他的汗水也最終澆開了成功的花朵。
21歲時,愛迪生發明了投票記錄機,這是他人生中的第一次發明。雖然為了這項發明,他已負債累累,但是卻沒有人買這項發明的專利。窮困潦倒的他總是在紐約證券交易所繞著那架報告股票行情的機器轉。有一天,這台機器突然出現了故障,正當弄不明白問題所在的管理人員急得直冒汗時,愛迪生出現了。一句「讓我來看看」引起了人們對他的注意。不到兩個小時的時間,愛迪生讓這台機器重新正常工作了,周圍的人對他贊嘆不已。第二天,經過嚴格的考核,他當上了拿著較高月薪的交易所機械室主任,沒過多久,他的新式「股票報價機」問世了,並且以4萬元的價格把這項發明賣給了該交易所。有了這些錢,愛迪生終於可以結束赤貧的生活,也可以更好地投身於發明創造的事業了。
不久,熱愛實驗的愛迪生辭去了交易所的職務,先開了專門搞發明的小工廠,後來又創辦了世界上第一所大型「發明工廠」——工業實驗室。工業實驗室的創辦,可以讓很多人共同致力於一項發明,而不同的人又有不同的任務,打破了以往科學家單槍匹馬搞科研的局面。這個創舉也為以後的科學研究開辟了一條新路。
1873年的夏天,愛迪生結婚了。這一天清晨,他穿戴一新,匆匆地走出了房門,後來又遲疑地返回屋裡,在屋裡心神不寧地走來走去。當他的朋友登門來催他時,他才想起原來他是要去參加自己的婚禮的。這時候的愛迪生,幾乎把所有的時間都用在工作上,每天工作20個小時以上的他,精神非常專注,因此,忘記自己結婚的事,也是情有可原的。
愛迪生在30歲之前就完成了四重電報裝置的研究,並且克服重重障礙,終於研製出了髙音響質量的送話器,發明了留聲機——這個「會說話的機器"讓所有人都覺得耳目一新。
愛迪生一生中有20xx多項創造發明,被稱為「世界發明大王」。但是因為愛迪生沒有受過正規的學校教育,所以在科學研究的過程中走了不少的彎路。這是非常可惜的一件事。有一位著名物理學家曾說愛迪生的實驗方法是「草垛里尋針」。但是愛迪生的發明是大家有目共睹的,而他的發明也極大地改變了人們的生活,給人們帶來了光明和歡樂。他是當之無愧的「世界發明大王」。
活動目標:
1、了解愛迪生童年的故事,知道愛迪生是世界上有名的發明家、科學家。
2、有做小小發明家的願望。
活動重點:了解愛迪生童年的故事
難點:進行小實驗操作
活動准備:
1、教學掛圖、故事錄音《愛迪生的故事》
2、電池、電線板、小電珠等操作材料
活動過程:
1、出示圖片,聽講故事
(1)、觀察圖片
「這是誰?」
「你們知道愛迪生是誰嗎?」
「我們來聽一個愛迪生小時候的故事。」
(2)、看掛圖,教師講述故事
(3)、討論交流
「故事中,愛迪生問了媽媽、爸爸哪些問題?」
「愛迪生為什麼要去孵雞蛋呢?」
「你認為愛迪生是一個什麼樣的孩子?」
2、小實驗:讓電珠亮起來(帶幼兒去科學發現室活動)
(1)、教師交代操作要求
「今天,我們也要來學愛迪生,動腦筋想辦法讓小電珠亮起來。」
(2)、幼兒小組實驗
(3)、分享交流
「你是用什麼辦法讓小電珠亮起來的?」
3、經驗交流,再次激發興趣
「你還知道哪些發明家的故事,和小朋友一起說說吧。」
愛迪生(1847~1931)是美國著名的發明家。一生勤奮好學,善於思考,努力工作,在75歲的時候,還每天准時到實驗室簽到上班,他在幾十年間幾乎每天工作十幾個小時,晚間在書房讀3至5小時書,若用平常人一生的活動時間來計算,他的生命已經成倍的延長了。因此,愛迪生在79歲生日的那天,他驕傲地對人們說,我已經是135歲的人了。他活到84歲,一生中的發明有1100項之多,其中最大貢獻是發明留聲機和自動電報機,實驗並改進了白熾燈和電話。愛迪生20歲出頭開始研究電燈,歷時10餘年,他先後選用了竹棉、石墨、鉭……等等上千種不同物質作燈絲材料進行試驗,時常通霄達旦,有一次他和助手們竟連續工作5晝夜。1879年愛迪生用碳絲作為白熾燈絲,並點燃40小時。由於碳絲表面多孔,性脆,強度很低。不久被鎢絲代替。
1883年愛迪生發現了熱電子發射現象,也叫「愛迪生效應」,即金屬表面附近的部分電子或離子因高溫而使其無規則運動得到足夠的動能,克服表面的束縛,逸出金屬之外。愛迪生效應對於一切真空管的操作至為重要,作為發射表面的陰極常塗上一層鹼土金屬氧化物,以利電子發射,並用電流加熱以維持高溫。
1900年愛迪生發明了鐵鎳蓄電池,是一種鹼性蓄電池,電動勢約為1.3~1.4伏,壽命長,但效率不高。愛迪生一生有許多發明,可是當別人問愛迪生成功原因時,他說:有些人以為我有什麼天才,這是不正確的,「天才」是百分之一的靈感,百分之九十的努力。
同學們,你們了解愛迪生嗎?今天通過學習,我知道了有關愛迪生的許多故事。
愛迪生於1847年2月11日,誕生於美國中西部的的米蘭小市鎮,1931年10月18日去世。愛迪生一生共有約兩千項創造發明,為人類的文明和進步做出了巨大的貢獻。據說智商為160。至今為止還沒有人能打破他持有1099個發明專利權的記錄,人們稱他為「發明之王」。
愛迪生一生只上過三個月的小學,他的學問是靠母親的教導和自修得來的。他的成功,還應該歸功於母親自小對他的諒解與耐心的教導,才使原來被人認為是低能兒的愛迪生,長大後成為舉世聞名的「發明大王」。
有人作過統計:愛迪生一生中的發明,在專利局正式登記的有1300種左右。1881年是他發明的最高紀錄年。這一年,他申請立案的發明就有141種,平均每三天就有一種新發明。
愛迪生的三大發明:留聲機、電燈和電影攝影機,豐富和改善了人類的文明生活。愛迪生的這些成就跟他的一顆好奇心分不開的。
下面我就講幾個愛迪生生活中的趣事給你聽聽。
故事一:在自家的木棚里開始了他最初的實驗
愛迪生從小就喜歡用他那與眾不同的大腦袋思考一連串的問題。他看到鐵匠將鐵在熊熊的烈火中燒紅,然後錘打成各式各樣的工具時,就晃著大腦袋提出一個又一個問題:火是什麼東西?火為什麼會燃燒?火為什麼這么熱?鐵在火中被燒之後為什麼會發紅?鐵紅了為什麼就軟了?回到家,小愛迪生在自家的木棚里開始了他最初的實驗。他抱來乾草,並將其點燃,他想弄明白火究竟是什麼。然而,小愛迪生的第一次實驗就引來了一場火災,將家中的木棚燒掉了。
故事二:連睡覺都在吸收書里的營養。
愛迪生為了搞實驗,往往連續幾天不出實驗室,不睡覺。實在累得不行了,就用書當枕頭在實驗桌上打個盹。有一天,他的朋友開他得玩笑說:「怪不得愛迪生懂得那麼多的發明,原來他連睡覺都在吸收書里的營養。」
故事三:為什麼母雞能孵小雞,我就不能呢?
有一次,到了吃飯的時候,仍不見愛迪生回來,父母親很焦急,四下尋找,直到傍晚才在場院邊的草棚里發現了他。父親見他一動不動地趴在放了好些雞蛋的草堆里,就非常奇怪地問:「你這是干什麼?」小愛迪生不慌不忙地回答:「我在孵小雞呀!」原來,他看到母雞會孵小雞,覺得很奇怪,總想自己也試一試。當時,父親又好氣又好笑地將他拉起來,告訴他,人是孵不出小雞來的。在回家的路上,他還迷惑不解地問,「為什麼母雞能孵小雞,我就不能呢?」
故事四:野蜂窩里有什麼奧秘
由於愛迪生對許多事情感興趣,他經常碰到危險。一次,他到儲存麥子的房子里,不小心一頭栽到麥囤里,麥子埋住了腦袋,動也不能動了。他差一點死去,幸虧被人及時發現,抓住愛迪生的腳把他拉了出來。還有一次,他掉進水裡,結果像落湯雞一樣被人拉了上來。他自己也受驚不小。他4歲那年,想看看籬笆上野蜂窩里有什麼奧秘,就用一根樹枝去捅,臉被野蜂蜇得紅腫,幾乎連眼睛都睜不開了。
從這些故事中,我覺得愛迪生是一個善於思考、刻苦鑽研、不怕困難、不怕危險、百折不撓的一個科學家。
我特別喜歡愛迪生的兩句名言。第一句是:人生太短,要乾的事太多,我要爭分奪秒。第二句是:失敗也是我所需要的,它和成功對我一樣有價值。只有在我知道一切做不好的方法以後,我才知道做好一件工作的方法是什麼。
大家聽我說了那麼多,應該對愛迪生有所了解了吧?你是不是和我一樣,也對「發明之王」愛迪生充滿了敬佩?
愛迪生在一八七七年開始了改革弧光燈的試驗,提出了要搞分電流,變弧光燈為白光燈。這項試驗要達到滿意的程度。必須找到一種能燃燒到白熱的物質做燈絲,這種燈絲要經住熱度在二千度一千小時以上的燃燒。同時用法要簡單,能經受日常使用的擊碰,價格要低廉,還要使一個燈的明和滅不影響另外任何一個燈的明和滅,保持每個燈的相對獨立性為了選擇這種做燈。這在當時是極大膽的設想,需要下極大的功夫去探索,去試驗。 絲用的物質,愛迪生先是用炭化物質做試驗,失敗後又以金屬鉑與銥高熔點合金做燈絲試驗,還做過上質礦石和礦苗共一千六百種不同的試驗,結果都失敗了。但這時他和他的助手們已取得了很大進展,已知道白熱燈絲必須密封在一個高度真空玻璃球內,而不易溶掉的道理。這樣,他的試驗又回到炭質燈絲上來了。他晝夜不息地用到了一八八0年的上半年,愛迪生的白熱燈試驗仍無結果。有一天,他把試驗室里的一把芭蕉扇邊上縛著一條竹絲撕成細絲,全副精力在炭化上下功夫,僅植物類的炭化試驗就達六千多種。他的試驗筆記簿多達二百多本,共計四萬余頁,先後經過三年的時間。他每天工作十八、九個小時。每天清早三、四點的時候,他才頭枕兩、三本書,躺在實驗用的桌子下面睡覺。有時他一天在凳子上睡三、四次,每次只半小時。
到了一八八0年的上半年,愛迪生的白熱燈試驗仍無結果,就連他的助手也灰心了。有一天,他把試驗室里的一把芭蕉扇邊上縛著一條竹絲撕成細絲,經炭化後做成一根燈絲,結果這一次比以前做的種種試驗都優異,這便是愛迪生最早發明的白熱電燈--竹絲電燈。這種竹絲電燈繼續了好多年。直到一九0八年發明用鎢做燈絲後才代替它。愛迪生在這以後開始研製的鹼性蓄電池,困難很大,他的鑽研精神,更是十分驚人。這種蓄電池是用來供給原動力的。他和一個精選的助手苦心孤詣地研究了近十年的時間,經歷了許許多多的艱辛與失敗,一會兒他以為走到目的地了,但一會兒又知道錯了。但愛迪生從來沒有動搖過,而再重新開始。大約經過五萬次的試驗,寫成試驗筆記一百五十多本,方才達到目的。
眾所周知,托馬斯·愛迪生是一.位偉大的發明家,他一生總共獲得1093項發明專利,是實行專利制度以來獲得個人專利最多的人。他的名言「天才是百分之九十九的勤奮加百分之一的靈感」成為激勵人們勤奮努力的座右銘。可以說,愛迪生的貢獻極大地改變了人類生活。在他眾多的發明中,愛迪生認為電燈最重要,但他最鍾愛的'是留聲機。下面是電燈發明的過程:燈是人類征服黑夜的一大發明。19世紀以前,人們一般用油燈、蠟燭等來照明。在電燈問世以前,人們普遍使用的照明工具是煤油燈或煤氣燈。這雖已沖破黑夜,但仍未能把人類從黑夜的限制中徹底解放出來。只有發電機的誕生,才使人類能用各色各樣的電燈使世界大放光明,把黑夜變為白晝,擴大了人類活動的范圍,贏得更多時間為社會創造財富。
19世紀初,英國一位化學家製成世界上第一盞弧光燈。但這種光線太強,只能安裝在街道或廣場上,普通家庭無法使用。無數科學家為此絞盡腦汁,想製造一種價廉物美、經久耐用的家用電燈的這一天終於來到了。1879年10月21日,一位美國發明家通過長期的反復試驗,終於點燃了世界上第一盞有實用價值的電燈。從此,這位發明家的名字,就象他發明的電燈一樣,走入了千家萬戶。他,就是被後人贊譽為「發明大王」的愛迪生。
愛迪生是一個異常勤奮的人,喜歡做各種實驗,製作出許多巧妙機械。他對電器特別感興趣,自從法拉第發明電機後,愛迪生就決心製造電燈,為人類帶來光明。
愛迪生在發明電燈的過程中,認真總結了前人製造電燈的失敗經驗後。前後經歷了無數次的失敗,但是他毫不氣餒,終於用棉紗變成了焦焦的炭。他小心地把這根炭絲裝進玻璃泡里,一試驗,效果果然很好。燈炮的壽命一下子延長13個小時,後來又達到45小時。就這樣,世界上第一批炭絲的白熾燈問世了。1879年除夕,愛迪生電燈公司所在地洛帕克街燈火通明。最後,愛迪生把炭化後的竹絲裝進玻璃泡,通上電後,這種竹絲燈泡竟連續不斷地亮了1200個小時!
愛迪生發明的這種炭絲電燈與以往的電弧燈相比,無疑顯得實用多了。它的出現,標志著人類使用電燈的歷史正式開始。然而,這種炭絲電燈亮度不理想,燈絲的製作方法比較復雜,使用的壽命也不是很長。因此,世界各國的科學家都在致力於白熾燈的改進。
在炭絲電燈誕生30年後的1909年,美國通用電器公司的庫里基發明了以鎢絲做燈絲的電燈泡。這種電燈與炭絲電燈相比,又前進了一步,但由於通電電後鎢絲極易變脆,因此它的使用壽命也受到影響。
這幾天我在家看了《最偉大的發明家——愛迪生的故事》一書,令我感受非常深。
愛迪生是科學界的傳奇人物——雖未受過良好的學校教育,但憑個人奮斗和非凡的才智獲得了巨大的成功。他自學成才,以堅忍不拔的毅力,罕有的熱情和精力從千萬次的失敗中站了起來,完成了1100多項發明,我們今天的電燈、電話、電影等等,他給世界帶了光明,給我們後人帶來了幸福生活。
想想我們現在的小孩,大多數嬌生慣養,遇到一點困難和挫折就放棄了,而愛迪生在千萬次的失敗中都站了起來,完成那麼多的發明。如今我們生活在如此幸福的時代,更應該奮發圖強,不怕困難,堅持,堅持,再堅持,迎著像愛迪生一樣偉大先人的步伐不斷前進!
最令我難過與感動的是有一次,火車發動了,愛迪生還沒上車,到最後一節列車的門前,他縱身往上一跳,想跳到踏板上,一個列車員為了幫他一把,雙手正好抓住了他的耳朵,由於用力過猛,愛迪生的耳朵再也聽不到任何聲音了,這種生理缺陷伴隨了他的一生。
愛迪生為了實現理想貢獻出了自己的一切,這種忘我的奉獻精神需要多大的勇氣啊。而我們在家裡連自己的衣服還不會洗,功課和作業還要在老師、家長的不斷監督下才能完成。我們不缺吃,不缺穿,在社會物質豐富的環境中,我們更應該激勵自己好好學習,從小就要學會不虛度光陰。從我做起,從現在做起,做一個對社會對人類有價值的人。
愛迪生將是我永遠的學習榜樣!
有一次,他看到母雞在孵蛋,就好奇地問媽媽:「母雞為什麼卧在蛋上不動呢?是不是生病了?」媽媽告訴他,這是在孵小雞,過一些日子,蛋殼里就會鑽出雞寶寶來。」
聽了媽媽的話,愛迪生感到新奇極了,他想,母雞卧在雞蛋上就能孵出小雞來,雞蛋是怎樣變成小雞的呢?人卧在上邊行不行?他決定試一試。愛迪生從家裡拿來幾個雞蛋,在鄰居家找了個僻靜的地方,他先搭好一個窩,在下邊鋪上柔軟的茅草,再把雞蛋擺好,然後就蹲坐在上邊,他要親眼看一看雞蛋是怎樣孵成小雞的。天快黑下來了,還不見愛迪生回家,家裡的人都非常著急,於是到處去找他。找來找去,才在鄰居的後院找到了愛迪生。只見他坐在一個草窩上一動也不動,身上、頭上沾有不少草葉。家裡人見了,又生氣又好笑,問他: 「你在這兒干什麼呢?」 「我在這兒孵蛋啊!小雞快要孵出來了。」 「孵什麼蛋,快點出來!」爸爸大聲喝道。 「母雞能孵蛋,我要看看怎樣孵出小雞來。」 「不行,不行!快回家!」爸爸又喝斥道。
媽媽卻沒有責怪和取笑他,因為她知道這孩子的性格,微笑著說:「人的體溫沒有雞的體溫高,你這樣孵是孵不出來的。」愛迪生雖然沒有孵出雞來,但是通過這次孵蛋活動增長了知識。
關於愛迪生退學的原因,大家都知道是因為愛迪生問「教師,為什麼一加一是二?」教師說「愛迪生,你拿一支鉛筆再加一隻鉛筆,不就變成兩支鉛筆了嗎?」 「可是教師,拿兩只杯子里的水放到另一隻杯子里,水就集中在一個杯子里了呀,一加一怎麼會是二呢?」教師不知如何回答了。「教師,兩塊泥巴粘在一起就是一塊,為什麼一加一是二,也許一加一是一。」這時教師發火了:「真煩!你自己去想去吧。」於是教師又繼續上課。愛迪生又舉手了,「什麼事,愛迪生?」教師強壓住火氣問。「教師,為什麼會起風?」「教師,雞蛋為什麼會孵出小雞?」教師說:「那是因為母雞給雞蛋加溫了。」「教師,為什麼給雞蛋加溫就能孵出小雞?」愛迪生又問了許多為什麼,什麼「魚為什麼不會被淹死?」「天空為什麼是藍色的」。
等等的為什麼讓教師終於忍無可忍,將他狠狠地罵了他一頓:「真煩,混蛋,老老實實學你的算數!你是傻瓜嗎?像你這樣讀書也是白讀。愛迪生哭這回家了。媽媽聽了兒子的訴說,拉著愛迪生的手到學校找到教師,質問了教師:你是不是說我兒子是傻瓜笨蛋,讀書也是白讀?教師無言以對。 「我明白了,兒子有我自己來教育,不用麻煩教師了,再見。」拉著兒子的手回家了,南希一邊走一邊想「恩格爾教師強迫孩子把教科書的完整地默記下來,兒子覺的反感,兩人才陷入僵局的。我不強制他,我要和他一起享受思考的快樂。默記教科書的內容,見鬼去吧!默記教科書長大一點用都沒有,活的教材不是遍地都是嗎?」南希暗暗發誓:「要給兒子嘗試絕不輸給其他孩子的教育」。從此開始了對愛迪生的家庭教育。
2. 選擇實驗室儀器的要注意什麼怎麼樣選這實驗室儀器
1 分析需求。想想自己實驗室需要哪些功能的儀器,對儀器的精度、穩定性、質量的要求有多高。
2 選擇品牌。選擇合適的儀器品牌。是選擇進口的還是國產的,高端的還是終端的。
3 選擇渠道。儀器渠道千差萬別,選擇一個好的儀器供應商非常重要。不論是產品質量、價格和售後服務都是需要考慮的維度。
3. 中國的:''人造太陽''
晨報記者:作為世界第一台全超導的「人造太陽」,它的建成對人類的未來意味著什麼?
萬元熙:它將為人類未來建造工業應用的聚變電站搭起一座橋梁。目前,在托卡馬克裝置上進行聚變反應已經獲得不小的成功,但要實現穩態、長時間地運行還有很長的路要走,我們就是想通過全超導技術來解開這個「死結」,讓它運行的時間更長,從實驗逐步走向應用。
一旦聚變電站成功運行,帶給世界的變化將是革命性的。各國之間再也不用為中東的石油而發生戰爭。沒了石油、煤礦開采帶來的污染,二氧化碳的溫室效應、南極冰面的萎縮、海岸線的增高等等一系列現在人類頭疼的問題都會消失。它將給人類帶來無限清潔的能源,就像太陽給我們的一樣。
晨報記者:目前世界通行的「人造太陽」能工作多長時間?我們這台中國「人造太陽」又能突破到怎麼樣的高度?
萬元熙:世界目前的平均水平只有300多秒,如果正常運行,我們的「人造太陽」可以達到上千秒,隨著技術的成熟,未來可能達到一個星期,甚至一個月。到那時,將是非常了不起的。
晨報記者:目前,困擾「人造太陽」從實驗走向現實應用的難題有哪些?
萬元熙:除了剛才所說的穩態運行問題外,材料也是一大難題,現在沒有哪種材料能保證在上億度環境下不會被損壞,這個問題還得靠科學家經過無數次的實驗研製出合適的材料。
晨報記者:說到這套設備我們悉頃還是不得不提到安全問題,因為採用裂變反應技術的核電站泄漏令人們不安,你們如何保證「人造太陽」裝置不會產生輻射和巨大的爆炸?
萬元熙:這是所有人關心的問題,不過,大家可以放心。「人造太陽」完全不同於裂變核電站,它採用的原料是氫和它的同位素氘,這種原料本身就沒有輻射性,雖然聚變過程中等離子體碰撞產生中子是一種輻射,但它是短暫的,一旦放電結束就不會再產生中子了,放電過程中產生的中子也是可防護睜肢陸的,通常都不能穿過我們1.5米厚的牆。
而爆炸的可能性根本不存在。雖然等離子體經過聚變能達到上億度,但都被磁場緊緊約束住,不會膨脹。即使設備出現了問題,等離子體也會在瞬間消失,不會發生爆炸。
晨報記者:人們都很關心「人造太陽」何時可以運用到日常生活中?
萬元熙:我們的裝置建成後雖然可以大大地推進研究進展,但距離實際的工業應用還有很長的路要走,樂觀估計也要30到50年。由中國、美國、歐盟、日本、俄羅斯、韓國參加的國際熱核反應堆合作計劃(ITER)是一個更先進的裝置,它需要10年才能建成;材料的發明、製造需要10年;建立示範堆,檢驗它在實際應用中的效率問題等等,這又要10年。此外,還取決於各國政府在能源問題上的認識和態度,如果都非常支持,時間就短些,否則會更長。
距離當年氫彈爆炸50多年了,盡管世界上許多國家建起了核電站,人類仍然沒有看到一座核聚變發電站的出現。核聚變電站的誘人前景依然是人們心中一個割捨不去的夢。50年來,全世界都在為建立一個能夠控制核聚變的裝置而努力。在30多個國家建造的大大小小上百個實驗裝置上,每一次放電時間的延長人們都為之興奮;每一次溫度的提高人們都為之歡呼。因為這看似小小的進步意味著我們離聚變能的應用更近了一步。前不久,中科院等離子物理所建成的全超導的托克馬克試驗裝置調試成功,掀起了全世界對未來「人造太陽」的極大關注。
中國「人造太陽」引發世界沖擊波
「人造太陽」調試成功飢廳聽到這樣的消息人們難免心生疑問:太陽可以人造嗎?在大多數人眼中,「人造太陽」是人類復制的一個新太陽。「人造太陽」真能掛在天上嗎?它究竟是個什麼樣子?中國剛剛調試成功的「人造太陽」實驗裝置又是什麼呢?這個答案只有親自造太陽的人知道。
據國家「九五」重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授介紹,引起人們猜測的「人造太陽」,就是中科院等離子物理研究所經過8年艱苦奮斗建造成的全超導的托克馬克試驗裝置。「未來的『人造太陽』基本上是這樣,可能會更大些」。
「簡單地理解,之所以被稱作『人造太陽』,是因為這個裝置產生能量的原理和太陽產生能量的原理一樣。」萬元熙解釋,太陽能夠發出強光,輻射到宇宙空間中去,巨大的能量來自於核聚變反應。
氫彈是瞬間的,而「人造太陽」則能持續不斷地產生巨大能量。我們把這種研究稱為受控熱核聚變反應。這種反應在兩條途徑中正在迅速發展。一條途徑就是造出各式各樣的磁容器來,其中一類磁容器叫做托克馬克。經過全世界60年的努力,這類托克馬克聚變裝置已取得巨大成功。在這種裝置上已經可以把氘的聚變燃料加熱到4億-5億度的高溫區,在這樣的溫度下發生大量的聚變反應。
據悉,世界上最大的托克馬克裝置歐洲聯合環的聚變功率輸出達16兆-17兆瓦,但仍只能短暫地運行。也就是說,這個磁籠只能存在幾秒、十幾秒鍾,從加熱到實現聚變反應只有幾秒鍾的時間。現在,科學家們正在力求實現讓托克馬克裝置連續不斷地反應。
「一方面我們獲得了巨大進展,另一方面,能否走向穩態運行是未來的聚變反應堆所需要的。」萬元熙表示。「我們建造的這個全超導的托克馬克試驗裝置最大的特點就是,把托克馬克已經取得的進展過渡到穩態運行狀態,為未來實現真正的『人造太陽』做出重要貢獻。」
據悉,今年七八月,全部裝置裝好僅僅是物理實驗的開始。這個物理實驗已經引起全世界同行的很大關注和極高的興趣,因為這是到目前為止第一個全超導的、可以穩態運行的托克馬克裝置。
萬元熙還解釋說,目前全世界所有的聚變裝置還不能被稱之為「人造太陽」。從所有裝置上得到的各種研究結果都是為未來建造真實的受控熱核聚變反應堆、聚變能電站做出重要的貢獻,奠定工程和物理基礎。沒有這些工程和物理基礎,未來建造真實的聚變反應電站是不可想像的。完美能源不是夢根據1998年世界能源組織公布的數據,地球上所蘊藏的鈾礦作為燃料只能用60年左右。不僅如此,使用鈾礦的過程中還會產生一些高放射性廢物,這些廢物的壽命非常長,幾千年、幾萬年仍然有放射性,對人類的環境造成另外一種污染。相比之下,聚變能源的燃料則來自於海水,1升海水中所含氫的同位素氘如果全部提取出來,放到未來的人造太陽中發生聚變反應,放出來的能量等同於燃燒300公升的汽油的能量。
可以想像,到那時人類需要的一次性的能源將是無窮盡的,不會為可持續發展而操心,不會為能源的短缺發生政治、軍事等沖突,最重要的是不會因為使用化石燃料及其他燃料污染環境。
早在氫彈爆炸成功時,前蘇聯和美國就以絕密的形式進行受控熱核聚變能的研究。由於原子彈爆炸後,十幾年的時間就研製出裂變電站,人們可以利用原子彈的裂變能量;氫彈爆炸後,我們即將獲得巨大的、無限的清潔能源。這些國家便認為,能夠成功爆炸氫彈,也可以用5年、10年或者15年的時間造出一個聚變能電站。專家表示:「我們對此非常樂觀。」
受控熱核聚變的條件是必須加熱燃料到億萬度的高溫,把燃料約束到一個局部的小空間中。什麼物質的器皿能夠盛裝上億度的高溫燃料?這成為當前最主要的難題。耐火磚、不銹鋼都不可行,必須採用特殊方式來約束聚變燃料。
如果沒有物質的器皿盛裝上億度高溫的等離子體聚變燃料,可否用磁場構造一個磁的容器來盛裝?這就產生了托克馬克這類磁約束聚變裝置。使用這個裝置,其外面大量的大線圈和磁體會產生一個環形的磁容器,在這個磁容器裡面約束、加熱聚變的燃料,讓它發生聚變反應。
過去的60年,近100個大大小小的托克馬克一點點地貢獻了不同特點的技術,才使得我們敢於去建造越來越大的托克馬克聚變裝置。背景鏈接托克馬克
如何克服巨大的靜電斥力將原子核聚到一起,還要將它們的密度維持在一定水平以防不安全的能量爆發(如氫彈就是不可控的核聚變)?前蘇聯科學家在20世紀50年代初率先提出磁約束的概念,並在1954年建成了第一個磁約束裝置—形如中空麵包圈的環形容器「托克馬克(Tokamak)」,又稱環流器。一般情況下,在超過10萬攝氏度的磁場中,原子中的電子就脫離了原子核的束縛,形成等離子體。帶電粒子會沿磁力線做螺旋式運動,所以等離子體就這樣被約束在這種環形的磁場中,也叫磁籠。人造太陽
億萬年來,地球上的萬物靠著太陽源源不斷的能量維持自身的發展。在太陽的中心,溫度高達1500萬攝氏度,氣壓達到3000多億個大氣壓。在這樣的高溫高壓條件下,氫原子核聚變成氦原子核,並放出大量能量。幾十億年來,太陽猶如一個巨大的核聚變反應裝置,無休止地向外輻射著能量。
核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量,產生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛分布在水中,每升水約含30毫克氘,通過聚變反應產生的能量相當於300升汽油的熱能。採集氘並使之與相關物質聚變產生能量,就是「人造太陽」的原理。
根據科學家的分析,如果我們未來能建成一座1000兆瓦的核聚變電站,每年只需從海水中提取304公斤的氘就可產生1000兆瓦的電量。照此計算,地球上僅在海水中就含有45萬億噸氘,足夠人類使用上百億年,比太陽的壽命還要長。
1952年,當第一顆氫彈爆炸之後,人類製造核聚變反應成為現實,但那隻是不可控制的瞬間爆炸。從那個時候開始,科學家們一直在尋找途徑,把氫彈爆炸在某個試驗裝置上加以控制,然後源源不斷地取出它的核聚變能。50多年過去了,這個夢想一直沒能實現。
美國、前蘇聯等國在20世紀80年代中期發起了耗資100億歐元的國際熱核實驗反應堆�ITER 計劃,旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆,中國於2003年加入該計劃。中科院等離子物理研究所是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位。
1994年底,中科院等離子物理研究所建成中國第一台超導托卡馬克裝置HT-7,使中國成為繼俄、法、日之後第四個擁有同類實驗裝置的國家。在此基礎上,專家著手研製中國「九五」重大科學工程之一—EAST。從2003年開始,EAST開始進入總裝。據介紹,該工程立項時國家投資1.65億元人民幣。推進國際合作實現人類夢想據悉,由於商業利益巨大,以及對人類可持續發展的重要性,一直以來所有關於「人造太陽」的試驗一直處在絕密狀態。但是,事實上,當從事這些絕密研究數十年後,所有國家都發現想要實現目標太困難了。因此發展到現在,受控熱核聚變的研究在全世界成為最廣泛的國際合作研究項目,已經不再保密。
據悉,我國科學家在20世紀50年代中期就開始了可控核聚變的研究。1984年,中國核工業總公司西南物理研究院曾建成中國最大的研究核聚變的托克馬克裝置。2006年3月,中科院等離子物理研究所建造的「人造太陽」實驗裝置調試成功,意味著能夠穩態運行的實驗裝置已經具備實驗能力。
中科院等離子物理研究所所長李建剛說:「我們這一代科學家已經做了50年還沒有建成『人造太陽』。並不是說我們太笨,因為這件事情太難了,難到靠任何一個國家的財力、物力和科學技術都不可能達到。我最大的願望就是希望有生之年能夠看到一個燈泡是用聚變能點亮的。但是客觀地講,這種願望可能實現不了,因為太難了。」
雖然中科院研製的「人造太陽」實驗裝置還沒有進行真正的核聚變實驗,但是他們的調試成功已經得到了國際聚變界的關注和稱贊。在國家「九五」重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授看來,和30年前剛剛開始這項研究相比,國際聚變界態度的轉變讓人頗有感觸。
萬元熙談道:「過去我們與其他國家討論國際交流合作的時候,某些國家的官員總說『我們跟你沒合作,沒有什麼可獲得的』。現在,世界上許多著名的研究所都主動、積極地要求與中科院等離子物理研究所、中國磁約束聚變界進行廣泛合作。10多年來,隨著我國國力的強盛和改革開放的深入,一批有才乾的、本土的聚變人才已經迅速成長起來,這對中國未來聚變研究是至關重要的。中國的聚變研究不是一代人能夠實現的,『人造太陽』的夢不是一代人能夠完成的,這個夢要幾代人連續不斷的努力才能夠實現。」
萬元熙回憶:「我們宣傳受控熱核聚變的時候,許多領導會緊接著問『我們什麼時候能拿到聚變能?我們什麼時候能夠發電?』我告訴他們,可能還要30-50年時間。『哦,看來是太長了。』我要說的是,與人類歷史發展的長河相比,30年、50年算什麼!50年的時間中國發生了翻天覆地的變化,如果再來30-50年,我們能夠一勞永逸地解決人類可持續發展最重要的清潔能源,無限的清潔能源,30-50年不成問題。」
據了解,研究建設「人造太陽」是一項極其耗費人力、物力、財力、時間的事業。比如,在托克馬克已經取得巨大成功的基礎上,國際聚變界曾在1984年聯合進行下一個試驗聚變堆的設計和研究。當時有幾個不同的版本。第一個版本是用100億歐元把這個試驗反應堆建造起來,國際聚變界、各國政府都覺得花錢太多;之後改成第二個版本,用50億歐元建造,現在已經得到各個國家政府的批准,中國也決定加入進來。50億歐元也僅僅能夠建造一個試驗反應堆,而這個試驗反應堆將會產生500兆-700兆瓦的聚變功力。
萬元熙介紹,中科院2月份進行試驗調試的時候,大概每天的電費就達5萬元左右,還不包括其他易損件的補充、更替和人力等。這樣一個裝置如果正常運行起來,每天運行和試驗的費用應當在10萬元左右。「幸運的是我們的工程調試非常成功,對於裝置的運行我們有95%的成功把握。聽到我們工程調試成功的消息後,世界上主要研究所著名科學家紛紛來電祝賀,並將於今年10月來參加我們的第二次國際顧問委員會。這就是說,我們的投入得到了非常好的回報」。
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5. 人類歷史上規模最龐大,花錢最多的實驗裝置是哪個
世界最大的粒子加速器——歐洲大型強子對撞機
建造經費最初是內1995年通過的一筆26億瑞朗,另有容一筆兩億一千萬元瑞朗的經費作為實驗之用.然而,經費超支.在2001年的一次主要審核預期,將需增加四億八千萬元瑞朗在加速器的建造,與五千萬元瑞朗的支出在實驗運作上.同時,由於CERN年度預算的縮減,LHC的完工日期由2005年延後到2007年四月,以使用更多年度預算來支付.其中增加的一億八千萬元瑞朗,在於超導磁鐵的製造上.另外,尚有在興建放置CMS的地下洞穴時,遭遇到工程技術上的困難.預期的建造總額約為八十億元美金.
6. EAST的EAST科研團隊
[科學時報 鄭千里 報道]繼2006年9月首次成功放電後,我國「人造太陽」實驗裝置——位於合肥的全超導非圓截面核聚變實驗裝置(EAST)1月14日23時01分至15日1時連續放電4次,單次時間長約50毫秒,從而標志著第二輪物理實驗的開始。 本報記者 保婷婷/攝
聚變曙光耀東方
一位長者,清癯,精瘦。然而,他的言辭卻讓人感受到其中的睿智與分量。2007年3月1日,為超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST在合肥進行國家工程竣工驗收的就是這位長者萬元熙。他代表EAST工程指揮部作了報告:與國外同類裝置相比,我們已建成的裝置使用資金最少、建設速度最快、自主創新最多。完全可以樂觀地預見,EAST的成功建造和運行,將為中國磁約束核聚變研究的下一步計劃奠定物理、工程技術和人才隊伍的堅實基礎!
「未來高效聚變堆必須穩態運行,因此實現托卡馬克穩態運行的工程和物理問題成為托卡馬克的前沿研究領域;全超導托卡馬克是實現穩態運行最必要的工程技術基礎之一;世界上還沒有全超導托卡馬克;我們及時向國家提出了建造先進全超導托卡馬克計劃。」 萬元熙追溯。
他的報告獲得熱烈的掌聲。蒞臨的國家發改委副主任張曉強稱EAST的建設成功,「是向和平利用聚變能邁出的重要一步,也是中國科技工作者對世界科技發展作出的重要貢獻!」
「十年磨劍終成器,聚變曙光耀東方」,中國科學院常務副院長白春禮在致詞里,更是言簡意賅地作了點題。
太陽發出的能量來自氫原子核。氫原子核相互作用,發生核聚變,釋放出光和熱。如果發明一種裝置,它不僅能承受上億攝氏度的高溫,還能控制氘和氚聚變穩定持續輸出能量,無異於發明「人造太陽」,為人類提供無限清潔的能源。受控熱核聚變反應的途徑之一,就是製造托卡馬克磁容器。科學家在該裝置上研究發現,可以把氘氚的聚變燃料加熱到幾億攝氏度的高溫區,然後發生大量聚變反應。
「稱我們的EAST是人造太陽,可能會造成公眾的曲解。EAST進行的與未來聚變堆相關的工程和物理問題的探索性實驗研究,是要為未來穩態、安全、高效先進聚變堆的物理和工程技術基礎作貢獻,但要建造在地球上的受控熱核聚變反應堆或核聚變電站,能像太陽一樣通過核聚變反應放出能量,進而實現商業化發電,那大約是50年後的事。」萬元熙實事求是地解釋。
EAST是英文Experimental Advanced Superconcting Tokamak(實驗的、先進的超導托卡馬克)的縮寫,原意「東方」。它從1998年國家批准立項到今天通過驗收,如吸收天地山川之精華,今天才噴薄於東方的地平線。中科院等離子體物理研究所的團隊通過10年頑強拼搏,正在托起和明天一樣輝煌的太陽。
萬元熙:老驥引領「新潮流」
雖然年齡68,萬元熙心態依然年輕,「我提出很多大膽的改革思路,年輕人說我不像是位老同志。我引領『新潮流』,是所里第一個貸款買車的。」
天柱山,「自己開車想上哪就上哪,多自由、多瀟灑呀!」
早年所里分房,萬元熙廢除了領導加分的老規定,根據所里未來的發展需求,把全所人員分成不同的群組,按其對所里的貢獻打分,誰分數高誰就優先挑選房子,「群眾有自己辨別是非的能力,比如李建剛所長當時還只是個小年輕,打分下來他排隊很靠前,自然就分到了房子,現在也確實證明了他是研究所的中堅力量」。
萬元熙認為骨幹隊伍的穩定和凝聚牽一發而動全身,要靠感情動人、待遇留人、事業凝人。「1995年,所里遴選出15位大家公認的學科和技術帶頭人,給他們每人發一張銀行卡,每個月打進1000元錢。當時研究所經濟拮據,造成一些人才因囊中羞澀而流失,我們採取這一措施是痛下決心。一些骨幹拿到這1000元錢,說這樣要『玩命』時在老婆孩子面前也硬氣了。」
和諧社會,應該人盡其才,才得其酬。「既然我是所長,就得對決策承擔責任。關鍵崗位上的熟練技工收入能否比研究員還高?關鍵要看他對研究所發展的貢獻。誰要吊兒郎當我也會拍桌子,當然事後我也會道歉。『上山下鄉』那年月我啥苦頭沒吃過?我與任何人都可以很好地溝通。」
「理論物理講究做事出發點不能錯,工程要為物理研究服務,不要本末倒置,因強調工程的難度而影響實驗。所有工作都要落到實處,二級項、三級項,談得再漂亮也不行,先跟我談零級項。一定要先判斷出最清晰的需求。」聽萬元熙這么「強硬」的口氣,誰能相信他是胃切除4/5,至今還留有心肌梗塞病灶的人?
「很多決策包含著風險,如果硬要給我上綱上線,可能我就犯錯誤了,若不給我上綱上線,人家就說我英明決策。」 萬元熙笑曰。
早在20多年前,萬元熙就參加過托卡馬克的國際會議,「以前我們與發達國家有很大差距,出國口袋裡沒有一點錢,根本談不上社交」。
2006年10月在成都舉行的國際聚變能會議,萬元熙作了開幕式上的第一個報告,題為Overview of Progress of EAST Project and Future Plan。按過去的慣例,這一般都是由世界上最先進的聚變研究所作報告。報告結束後大家熱烈提問,第二個提問的是美國教授Goldstone,他過去參加國際大會都會坐在第一排,都會提出非常尖銳的問題,但他這次卻站了起來說:「我建議我們全體起立,為中國的EAST熱烈鼓掌祝賀!」
在國際聚變能的類似大會上,以前還沒有發生過700多位與會代表一起,為某項科研成就的取得熱烈鼓掌,這次大家卻為EAST的成就共同鼓掌充分說明,我國科學家已成為該研究領域的VIP。
過去托卡馬克裝置多半是圓截面,但後來理論證明非圓截面的效果更好。萬元熙生平作的「最冒險」決定,就是要做全超導、非圓截面托卡馬克。「我的冒險有理論根據。一是世界上已經有模型線圈作了相關實驗,證明托卡馬克可以承受一定量的快速磁通變化;二是物理上也有其他可採用的辦法,能夠用來降低超導托卡馬克對其快速磁通變化的要求。就像是走路,如果前頭是一面牆,人肯定穿越不過,但即使前面只有一條小路,人也能夠通過,如果這面牆是紙糊的,人就很容易穿越。」
武松濤:陽光十足地「修行」
武松濤是等離子體所副所長,EAST的裝置主機負責人。「我1983年華中工學院畢業,專業是光學工程,如果始終停留在原有專業就走不到今天。大學只能是『師傅引進門』,工作上『修行』的道路更漫長,要在等離子體所干好就必須懂得聚變,到處找這方面的書自學。」
武松濤找到一本《受控熱核聚變實驗裝置概論》。油印講義因年代久遠已卷邊發毛,但扉頁上「中國科學技術大學四系」「一九七九年十二月」字樣尚清晰可辨,「不記得當時是向誰借的,它只有上本沒有下本,我得到後如獲至寶,通宵達旦地看了好幾遍。」
武松濤參與聚變實驗裝置建設是在1990年。他寫的《HT-7主機改造工程的組織、協調與管理》發表在《科研管理》上。HT-7裝置建造成功後又及時提出建造超導托卡馬克EAST裝置。「中科院希望能有年輕的科研人員參與項目,所領導到院里匯報工作有年輕人他們就高興,如果只是所領導自己,院領導就苦臉相對。我介入裝置總體設計,跟著霍裕平、萬元熙、翁佩德幾位老領導跑,他們都比我大20歲左右。我參加了院里及國家組織的幾十次項目方案論證,我作總體方案這部分報告。有關部委領導看了HT-7U(EAST原名)都說,項目本身不錯,但工程要持續那麼久能否做到後續有人?大科學工程給了我成長的機會,我感謝老同志對我的信任和培養。」
武松濤一步一個腳印走了過來。「我們腦子里已逐漸把裝置各個關鍵部件的結構清晰化,從1998年到2001年,我們每年出一本裝置設計的文集,既作為文獻把工作記錄下來,也給大家增加點壓力,思考未來的發展戰略。文集的序言都是我自己寫。」
聽說用2000萬美元就要建造全超導核聚變裝置,國外沒人相信,國內質疑的聲音也不絕於耳。每次方案匯報和論證都像是舌戰群儒,就是在這樣的不斷磨礪中,武松濤得到了鍛煉成長。
武松濤巧妙地藉助國際合作平台,為承擔EAST接著搞「熱身」。為合作夥伴美國得克薩斯大學核聚變研究中心設計製造新型等離子體物理實驗裝置,他帶領五人的一個小組,前後用了兩年時間,圓滿完成了經費125萬美元的合作項目。「這是我國首次以技術方式向發達國家輸出托卡馬克聚變系統。美國能源部對這一成功合作也很滿意,稱它是中美核聚變合作的新型的方式。它也是迄今為止中美聚變界最大的國際合作項目,對提高我們的自信心起到很大作用。」
2002年12月,武松濤因為一天到晚不停地工作,突然嗓子疼得厲害,幾天之後乾脆成了「啞巴」,醫生診斷患了急性扁桃體炎,要他立即住院動手術。那時EAST正處於建設的關鍵期,他除了到醫院打點滴,每天照常上班。無可奈何的醫生只好在他病歷上作了「病人拒絕住院」的記錄。
「這在我們團隊根本算不了什麼。『保證星期六不休息,星期天休息不保證』是我們不成文的作息守則。」武松濤說,「平時我總給人很陽光的感覺,但記得EAST立項一年多時,有一次我召集每周一次的全體例會,因為項目推進得很慢而帶來壓力,我忍不住說:如果項目延緩進度或者出了差錯,我們不但愧對前輩,也愧對國家!當時我不由自主地哽咽了。大家好幾分鍾不說話,都感到我的動情之處,會後對我說,他們能體會我的壓力,大家會同舟共濟。」
2006年9月28日,EAST首次成功獲得高溫等離子體放電向媒體開放,李建剛所長找了武松濤一下午,想把他推向「前台」接受采訪,但武松濤卻如同「蒸發」了一般,「我在辦公室,把衣服疊作枕頭就躺在沙發上睡著了。從吃午飯後一直睡到傍晚。我將手機關掉,哪裡也不想去」。
「大學同學畢業後曾聚會過兩次,他們大多都已改行,其中經商的居多,目前還在搞科研的除我之外可能僅有一位同學。同學聚會問我怎麼搞到聚變工程上來,還調侃說我是最有可能當院士的人。」武松濤笑了笑說:「眾所周知,大科學裝置的建造周期一般都很長,如果一個人耐不住寂寞,幹不了那麼長時間,就像跑馬拉松運動員沒有毅力似的,中途就會自行被淘汰出局。」
潘皖江:關乎「大腦毛細血管」
在EAST團隊中,潘皖江主要負責裝置絕緣結構的設計以及絕緣子的研製。
武松濤等早年在外國參觀過托卡馬克的絕緣子,但外國根本不願意透露研製技術,每個絕緣子報價高達1400~1600美金,如果EAST需要600個絕緣子,就意味著僅此一項的花費就需要約90萬美金。
1997年夏天,由武松濤出面游說,校友潘皖江就被趕上了架。潘皖江1989年華中工學院金屬材料及熱處理專業畢業,在等離子體所研製中心工作的幾年裡,也參與過一些絕緣材料的研製。
從俄羅斯T-7上拆卸的絕緣子,陶瓷材料不符合EAST裝置的要求,他們想在國內尋找合作夥伴做絕緣材料,但相關單位不是因為工藝不能解決,就是因為經濟效益的考慮,都不願揀超導體絕緣材料這個「燙手的山芋」。當時31歲的潘皖江雖然還缺乏歷練,但逼上樑山,只好自己做復合材料。
「高大明老師去國外訪問時拿回一個樣品,我們把它當寶貝似的,小心翼翼地不敢動,充其量是用X光為其拍照,但後來測試出它是壞的。詢問外國的絕緣子價格,不僅貴得嚇人,還不讓測試性能。」
萬元熙打過一個形象的比方,EAST里用的絕緣子就相當於人體大腦的毛細血管,哪怕其中一個毛細血管破裂,人可能就會腦癱瘓。所以,600多個絕緣子都要嚴格要求質量、嚴格加以測試。
「絕緣子前後研發了3年,自己做了兩年。我們只能自力更生,在實踐中摸索著干。」潘皖江輕描淡寫地,一句話就帶過了10年的歷史。
潘皖江原創的「金點子」,是提出「液態樹脂低溫氦密封電流引線」的辦法。
EAST在2006年初第一次調試,所有引線都發現電流引線外漏的情況。問題如不及時解決,可能導致超導磁體損毀,從而導致整個裝置失效。萬元熙和武松濤認為潘皖江提出的想法很新穎,值得嘗試。從下午五點鍾開始做,到七點半就出效果,從根本上解決了EAST的真空問題。「其他人可能受所學專業局限,想用強度很高的材料將外頭的引線固化住,我是求異思維。」潘皖江還是輕描淡寫,「後來開總結大會,萬元熙總經理說我的主意不錯,應該『重獎』,給了我1500元的額外獎勵。」
EAST第二次調試低溫超導出現了內漏,大家又想到了潘皖江。他採用真空管,兩天就解決了問題。
在EAST的工作中,潘皖江等人摸索出的一些新工藝、新方法都在申請專利之中,「很多人在跟蹤我們的技術。我們研製絕緣子的成功率也很高,對外說我們的成功率達到90%,人家一般不相信,怎麼可能那麼高呢?我還沒好意思跟他們說,我們的成功率甚至高達99%呢!」
高大明:抓質量就是「摳問題」
EAST的主要構成部分是超導磁體,為了節省項目經費,本來已和美國的一個科研機構商談提供超導或電纜,但因李文和事件的突發使得這一合作可能中斷。考慮到蘇聯因為解體,大加速器項目暫時擱淺,於是合作的指向自然掉轉到俄羅斯。主管設計的副總經理翁佩德與俄羅斯聯系,對方說倉庫里有很多超導股線,但是放置的時間很長了,性能究竟怎麼樣不好說,但可以便宜點賣。
「柳暗花明又一村」,讓大家眼前一亮。時值2001年春節前夕,所里趕緊組織8個人兵分兩路,一路由陳灼民帶隊,一路由高大明帶隊。
陳灼民等人在塵封的倉庫里,除了要把所有超導股線一團一團地全部倒出,還要測試每團線的3R性能。超導絲團和車輪子差不多大,他們足足折騰了三四個月,總算挑出4500多根、20噸參數能匹配的超導股線。最後,高大明坐鎮指揮另一路兵馬,在電纜研究所將這些超導股線絞纜。運回國內的成型電纜都是600多米長,最終用較少的錢買回了EAST重要的也是合格的材料。
此前,高大明和EAST研究中心主任陳思躍考察俄羅斯電纜所發現,該所雖然生產過800米的銅纜,但僅僅是驗證工藝,從來沒有連續、滿負荷地生產過批量的超導導體。由於穿管導體內部充滿液氦才能實現超導,必須對套管焊縫質量提出嚴格要求。超導導體的鋼管焊接需要很好的技術,沒有焊透不行,若焊得太透鋼管就會鼓出一團,按什麼標准來控制呢?高大明來回摳問題,總算得到一些比較關鍵的技術標准。
2001年8月26日,600米穿管超導導體(CICC)生產線建成,並成功生產出第一根銅纜導體。EAST所有超導磁體需要的導體都由這條生產線生產。從俄羅斯高能所購買的0.85毫米直徑的超導股線,按照設計絞製成直徑約20毫米的超導電纜,在這條生產線上穿入用特種高強度不銹鋼管焊接成的長達600米的套管。
在總工藝師高大明指導下建成的CICC生產線,為EAST的超導磁體繞制、超導磁體實驗等奠定了基礎。
「嚴格管理是我們團隊的特點。搞大科學工程本身就有很大風險,必須建立嚴格的質量管理體系。ISO9000標準的核心就是要文件化,實行過程式控制制,防患於未然。2000年底我們終於建成了EAST的質量管理體系。」高大明說。
高大明1978年從東北第一機械廠調來,「那時正是『科學的春天』,受我們這個年齡段的人的理想主義教育影響,我就想扎扎實實為國家作貢獻。搞大科學工程不像是在居里夫人時代,兩三個人在地下室晃一晃化學瓶子,或許就可以搞出成果,我們EAST團隊最注重的是團結協作。」高大明介紹說,「現在參加國際ITER計劃,因為我們有全過程搞超導托卡馬克裝置的經驗和技術積累,在國際舞台上說話的聲音也響亮了。」
「我們的學生在國外,別人問起EAST怎麼做,他完全可以應答如流。過去發達國家與我們合作純粹是為了省點加工費用,現在我們EAST的整套經驗對它們有用。」高大明打了個比喻,「這就像一位研究生雖然考試只七八十分,但和一位小學生考試得一百分,水平肯定不在一個檔次。」
吳傑峰:施工現場「魂牽夢繞」
在俄羅斯轉移的T-7上作物理實驗,必須作許多技術改造。如它要多開窗口,才能實現ECRH、離子迴旋等輔助加熱;要了解等離子體的參數,必須要有相應的診斷窗口、實現抽真空的抽氣窗口。總共要開100多個窗口。
吳傑峰1988年7月華中理工大學機械工程系畢業,就被分配到等離子體所的研製中心,他早年當過焊接項目負責人,現為研製中心主任。「真空室窗口原來只有12個,要改造到48個。管道共有3000個接頭需要焊接,有一個產生漏焊、虛焊都非常可怕,氦氣就可能跑到真空里,使外杜瓦變成大冰塊。為把好質量關,我經常要鑽進真空室,744毫米的直徑,操作的焊工在這狹小的空間里頭,無論仰焊、側焊、橫焊,都比較困難。」
超導線圈繞制是全新課題,高大明1998年帶著吳傑峰等出國考察線圈繞控,1999年就自主研發出了「替代材料管內電纜導體」,接著繞制出D型線圈。「鎧裝導體的無張力連繞技術」獲得了發明專利,繞線機獲得了新型設計專利。
2002年2月做出第一條真正的超導導體,2003年8月做完58根、總共34公里的鎧裝電纜導體,「我們在現場抓質量和進度,最初40天做成一根導體,後來5天就能做成一根,一是技術操作大家已經熟練,二是批量生產採用了計件式的管理。一年半做完全部58根導體,是目前在國際上做得最多、速度也最快的。」
做EAST的超導磁體非能等閑視之。首先要建特種繞線車間、絕緣子真空壓力浸漬車間等。研製中心進行了諸多技術集成和工藝上的探索。超導磁體34公里共3500多個接頭,研製中心一次焊接合格率達到98%,超過了一級焊縫的標准。「從確保質量考慮,我們每次焊前都要試焊3次,連剛換了瓶氣體也要先試焊3次。」
低溫容器的密封度要求高,研製中心採用了內窺鏡、滲透、超聲等6種檢測技術,「容器絕對不能出現泄漏。我們能想到的檢測方法基本都採用了,只要一個方法未通過就得重來。因為哪怕一個焊頭出問題,就可能陷入和別國的托卡馬克一樣尷尬的情況:真空上不去,低溫下不來」 。
吳傑峰說,「檢測出了某些問題,無論是我還是焊接的工人,睡覺都不踏實,可能睡夢中會突然翻身起來,說:哦,問題是不是出在那裡!就趕緊披衣從家裡跑到現場。」
白紅宇:科研路上的感情「流量」
EAST有兩個大規模低溫超導磁體系統,超導線圈有好幾個流體通道,必須通過控制保證其流量的分配。超導磁體要在4.5K下運行,低溫製冷系統是冷卻超導磁體及保證磁體運行在工作溫度不可或缺的子系統。該系統不僅體積龐大,而且工藝技術復雜,「委託國外公司製造不僅時間周期較長,而且報價也相當昂貴,我們只好自己動手做」。白紅宇說。
白紅宇「自己動手做」做得非常好。「低溫流量計先是買了個美國的,發現用它測量數據並不準,我們也自己動手做出來。」
在EAST的低溫下傳統流量計已經「失靈」,也可以用超聲波的辦法做,但先前國內沒有人做過,誰要做就要有條件去標定它。「因為EAST用的是循環的氦,在這樣條件下的流量計用戶太少,企業從經濟效益考慮認為得不償失,也就不願意做。我們自己做出來,不但可以做些對比,還可以標定,做出來非常准確。現也有用戶提出要我們為他們做這種低溫流量計。」
白紅宇1993年西安交大低溫工程專業畢業,1997年考上在職研究生後剛上了一年,研究所聯繫到去德國進修低溫超導的機會,就把白紅宇作為「馬普學者」派去。
正好趕上德國大型超導聚變實驗裝置的模型線圈測試,「本來我去那裡可以專門學習德語,但我想參加裝置測試的機會更難得,就放棄了」。「我從德國回來,是把德國的1.2千瓦製冷機經改造後用於EAST,還是自己研發大型製冷系統,大家最初有爭議,我認為1.2千瓦的『小馬』拉不了EAST『大車』,堅持要自己做製冷機。先是做到1.5千瓦,後來做到了2.4千瓦」。
除了要把製冷機做好,還要做好冷卻對象,迴路設計還要考慮到合理設計液氦流量。白紅宇經過對國內外的多方考察,確定膨脹機從國外買;壓縮機用國產的;換熱器通過國內的招標,從3個生產廠家中尋找最優化的設計和價格。2.4千瓦的製冷系統最終只花了2000萬元。
「全部交給國外做肯定要多花錢。現在我們這樣做雖然成功了,但當時卻冒了很大的風險和壓力。特別是去年初對裝置的降溫實驗,畢竟是第一次調試,低溫系統涉及到的問題實在太多,大家對裝置的性能也不熟悉。好在這一切我們都挺過來了。」
大學剛畢業時,白紅宇還未曾聽說家鄉湖南鼎鼎大名的遠大空調,「遠大空調是後來才起步並且做普冷的。我們那屆低溫班的30多位同學畢業,後來真正從事低溫的只有幾個,很多同學都轉到了空調方面。我和同學之間聯系不多,一是合肥比較偏僻,二是我天性專注於搞研究,不太擅長交際。雖然北京、上海對人才有很大吸引力,但像EAST這么大的項目,才是適合我搞科研的大平台。我從2000年正式參加,到2006年EAST調試實驗成功,我非常慶幸自己有機會參與,而且從頭做到尾。」
正是這些獻身科學的人們,托起了明天輝煌的太陽!