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无华的演绎——玲珑造梦,一生寻光
新片上线
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玻璃,一种非晶无机非金属材料。
在这个“干巴巴”的定义之外,它却因剔透的状态和多变的色彩,成为众多艺术家灵感的缪斯。
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英国艺术家Chris Wood彩色玻璃创意设计
不过,玻璃的价值可远不止这些。
一种可以改变光的传播方向,改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的光学玻璃,在18世纪以后,甚至一度成为世界各国抢着研发的“秘密武器”。
中国科学院院士姜中宏,就是我国光学玻璃的“造梦者”之一。
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姜中宏院士
考试21分,却造就了一个“玻璃专家”
姜中宏的研究内容,属于化学工程领域。不过,这位后来响当当的“玻璃专家”,一开始的化学成绩,可并不好。
那是姜中宏读初二时发生的事。
当时,化学作为一个新增加的学科,丝毫不能引起姜中宏的学习兴趣。
学习状态好不好,就算平日瞒得过老师,也瞒不过最直观的考试成绩。果不其然,在化学的第一次测验中,姜中宏只拿到了21分,成了整个班级的最后一名。
“倒数第一”让姜中宏成了老师的重点关注对象。测验成绩公布后,姜中宏被老师留了下来。不过,令他意外的是,他等来的却不是一顿批评。相反,老师不但夸他是一个聪明的孩子,还语重心长地问他,知不知道近代中国,为什么会落后?为什么会被人欺压?
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从和老师的谈话中,姜中宏知道,那些能让中国强大起来的钢铁、石油,都是通过化学研究出来的。想为中国贡献自己的力量,学好化学就是其中的一种方式。
这次谈话之后,姜中宏完全扭转了之前对待化学的态度。学习化学、做化学题,不知不觉成了他最大的爱好。
正是抱着对化学极大的热情,姜中宏考入了华南工学院(现华南理工大学)化学工程系。
他入校后不久,我国光学玻璃的奠基者——王大珩和龚祖同先生,就在1951年筹备、建立了我国第一个光学玻璃实验室。
光学玻璃是很多科研仪器甚至军用装备上不可替代的关键零部件。第二次世界大战后,也只有美国、苏联、德国和日本4个国家掌握了光学玻璃的制造技术。
时间紧,任务重。越早做出我们自己的光学玻璃,就越能在这一领域掌握主动权。
为了尽早研制成功,1953年,成绩优异的姜中宏和部分同学一起,提前1年毕业,被分配到中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,参与研制光学玻璃。
从那之后,姜中宏兢兢业业,安心在一线,做起了一名称职的“玻璃工”。
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指导科研
从候补方案到不可替代
1960年前后,命运交给了姜中宏一个不可多得的机会。
1960年1月18日,美国加利福尼亚休斯实验室的西奥多·梅曼研制出了世界上第一台红宝石激光器。它问世后,甚至与原子能、半导体、计算机并列,被称为20世纪的“新四大发明”。研制属于自己的激光器,对各国来说意义重大。
激光器研究初期,激光的制造需要依靠专门的晶体。美国所研制的激光器选择的是红宝石,这也是当时世界上公认的最好选材。所以,在我国进行相关研究初期,红宝石,也成了我们的第一选择,而交由姜中宏负责的激光钕玻璃,则作为候补方案。
可在实际研制中,大家很快就发现,用红宝石做出来的激光器有两个很难克服的缺陷:尺寸小、功率低。这样一来,激光钕玻璃,就成了当时的“唯一解”。
所谓激光钕玻璃,其实就是一种含有稀土发光离子——钕离子的特殊玻璃。它可以在特定装置的激发下产生激光、对激光的能量进行放大,并且激光效应强大。从这个角度来说,作为激光器的选材,它的确比红宝石更好。
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中科院上海光机所研究员胡丽丽解释钕玻璃优势
不过,激光钕玻璃的研制也不是一帆风顺。研制初期,姜中宏遇到最棘手的问题就是,按照国外专利方法生产出的钕玻璃棒太细太小,所产生的激光远远达不到目标功率。但怎么把钕玻璃棒做大,在国际上都是个难题。
在巨大的困难面前,姜中宏选择沉下心来,不断通过实验调整配方,最后终于用白金坩埚熔制玻璃的方法,得到了1.4米长的钕玻璃棒,突破性地取得了104焦耳的能量输出。这个数据,是红宝石激光器输出量级的10倍。
1969年,我国熔制成功的最大钕玻璃棒长达5.04米,激光输出能量高达33.8万焦耳。这个成果突破了当时由美国Young创造的7000焦耳最高输出能量,成为世界最高水平输出,直接促使激光玻璃成为大能量的激光介质。
在之后的日子里,姜中宏又进一步带领团队研制出质量更高的硅酸盐钕玻璃,并成功应用于我国20世纪80年代规模最大的核聚变相关大型科学工程——神光装置,突破了国外材料禁运的封锁,并陆续获得了中国科学院科技进步奖特等奖、国家科学技术进步奖一等奖等多个奖项。
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“神光”激光点火装置
有人因此说,“没有姜中宏的钕玻璃,就没有激光”。
但姜中宏却坚持严谨地反对这种说法:“我们的研制的确让钕玻璃的质量、产量有所提升,这是很大的进步。但不能说没有钕玻璃就没有激光,这样的说法是非常外行的。另外,钕玻璃也不是我一个人的,是团队一起努力做出的成绩。”
从掌握玻璃的形成,到摸透玻璃的结构,姜中宏的科研生涯就如一块块玻璃那样,剔透,纯粹。
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