将微小能量放大到,那位物农学家教导共青团和

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中科院上海光机所研究员胡丽丽和她领衔研发的大尺寸钕玻璃。赵侃摄

胡丽丽研究员在实验室 本文图均为 受访者供图

初见胡丽丽时,她看上去再低调普通不过——没有犀利如炬的眼神,没有抑扬顿挫的语调,一头灰白短发,一身朴素衣裳。很难想象,她正是领衔钕玻璃项目、获得2016年度上海市技术发明奖特等奖的第一完成人。

钕玻璃是指含有稀土发光钕离子的特殊玻璃,它可以在“泵浦光”的激发下对激光能量进行放大,是激光器的“心脏”。激光钕玻璃性能的好坏直接决定了激光装置输出能量的潜力和质量,是目前人类所知能够输出最大激光能量的工作介质。

钕玻璃却要“高调”许多。它与生俱来泛着紫红色的光芒,是一种含有稀土发光钕离子的特殊玻璃,是目前人类所知能够输出最大能量的激光工作介质,可以将微不足道的能量(10的负9次方焦耳)放大千万亿倍到“小太阳”量级,批量制造的大尺寸激光钕玻璃已成功应用于我国“神光”系列激光装置和开展前沿基础研究的5拍瓦超强超短激光装置。

大尺寸激光钕玻璃成品需同时符合高光学质量、低应力、无铂颗粒等夹杂物、高一致性等28个技术指标,钕玻璃尺寸越大,生产难度越高。

紫红色,正是胡丽丽最喜欢的颜色。在她和钕玻璃之间,还有着怎样的故事?

激光钕玻璃连续熔炼技术被誉为美国国家点火装置(NIF,目前世界最大激光惯性约束聚变装置)七大奇迹之首。然而,掌握激光钕玻璃关键技术的西方国家对我国实施严格的技术封锁和产品禁运,我国必须靠自主研发。

“这个时候不能退,只能上了!”

如何突破封锁,解决我国激光聚变研究的战略急需,成为摆在中科院上海光机所胡丽丽团队面前的一大挑战。

钕玻璃比一般的光学玻璃要“娇气”许多,需同时满足28个技术指标。冷了,有裂纹;受潮了,容易发霉;包边胶的耐环境性差一点,会脱胶;还不能有附加应力,要知道就算用手摸一下,手上的温度也会激发玻璃内部应力变化……在12年的科研攻关中,胡丽丽总是告诉自己,再难的问题总会找到答案。

钕玻璃总是在封闭式隧道窑炸裂,是胡丽丽团队面临的一个困难。

攻关开始前,国内仅有中科院上海光机所掌握了激光钕玻璃单片熔炼技术,连续熔炼技术还从来没有做过。摸索从一口埚开始。单片熔炼用的坩埚不能用于连续熔炼,连续熔炼要求使用耐侵蚀、杂质少的坩埚,为此团队找遍了合作伙伴。通过自主研发和与国内优势单位的合作,前后用了5年时间解决了这个问题。

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大尺寸的钕玻璃,在成型阶段,其流量非常小,只有单片熔炼的二十分之一,却要像“摊大饼”一样达到810×500×55毫米的坯片规格,玻璃粘度大了摊不开,太小又会出现缺陷。最困难的时候,退休的老科学家也上阵了。“做了不下100次实验,用了3年时间,终于攻下了这个难题。”

胡丽丽研究员与激光钕玻璃

也有找不到方向的时候,但胡丽丽相信“绝地”之后就会有转机。记者在钕玻璃的生产车间看到一个30多米长的封闭式隧道窑,成型后的钕玻璃温度高达六七百摄氏度,需要在这个隧道窑里呆上一个星期,逐渐冷却到六七十摄氏度。实验开始的头几次,玻璃都在隧道窑里炸裂了。请来的外援专家,一到现场说这个问题他们也解决不了。“这个时候不能退,只能上了!”胡丽丽当场拍板再起炉灶,带领团队用半年时间重新做方案,改变隧道窑的结构,解决了玻璃炸裂的问题。

成型后的钕玻璃温度高达六七百摄氏度,需要在这个隧道窑里呆上一个星期,逐渐冷却到六七十度。实验初期,玻璃都在隧道窑里炸裂了。请来的外援专家,到现场看了后说这个问题他们也解决不了。

“不可能”从来未曾束缚过她

胡丽丽秉着“只能上,不能退”的决心,当场拍板自己解决。她带领团队花了半年时间,重新做方案,改变隧道窑的结构,最终解决了玻璃炸裂的问题。

这么多年,胡丽丽养成了一个习惯,每天一定要去玻璃熔制车间里转一转。由于连续熔炼技术的需要,机器一旦运转起来,就要24小时不间断地开上好几个月,这支团队已连续7个春节在车间里度过。即使有时半夜三更出差回来,她也要先到车间去看上一眼。

这时,钕玻璃包边成为阻挡他们前进的又一座大山。

没有付出,就没有收获。在“大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目启动以前,仅有美国掌握了连续熔炼技术,并对我国实施严格的技术封锁和产品禁运。在没有任何技术可参考的情况下,上海光机所成为了国际上首家独立掌握钕玻璃全流程生产技术的机构。其产品核心技术指标中,4项领先国外同类产品,参数一致性较原来技术提高2—3倍,生产效率提高10倍。

原有外购的包边胶存在容易脱胶、收缩大导致钕玻璃炸裂等问题。寻找了数家外协单位仍然未解决问题。胡丽丽团队决定自主研发钕玻璃包边胶。

“胡老师一头的白发,就是在钕玻璃连续熔炼工艺研发压力最大的时候冒出来的,那个时候她也就40来岁吧。她太拼了。”上海光机所正高级工程师陈树彬,是项目第二完成人,对胡丽丽最了解不过。“人总是会老的。”她不在意地笑了,如果人生可以再选择一次的话,她说宁愿苍老还是会选择现在的生活。

通过几年的持续攻关,上万次实验,胡丽丽团队不仅最终研制出满足性能的包边胶,还成功研制出一整套机械化包边工艺,大大提升了钕玻璃包边性能和批量生产效率。

选择了做科研,就一定要坚持。胡丽丽感佩地说,她的导师、姜中宏院士今年87岁了,还一直在思考怎么做下一代激光材料,从未停止过对科学问题的探索。她希望自己也能够像老师一样,一直研究下去。

围绕大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术,胡丽丽团队经过十多年持续攻关,逐项攻克了大尺寸激光钕玻璃批量制造涵盖的连续熔炼、精密退火、包边、检测四大关键核心技术。

多年来,在科学的世界里,“未知”总是吸引着她,“不可能”从来未曾束缚过她。如果说钕玻璃成就了她,她的光芒同样也照亮了钕玻璃。

胡丽丽团队的成果打破了国外技术封锁,取得了以连续熔炼为核心的大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术的突破,实现了涵盖大尺寸激光钕玻璃连续熔炼、包边和高精度检测的三项核心技术发明。团队还自主发明并建成了具有中国特色的首条大尺寸激光钕玻璃连续熔炼线,实现了大尺寸激光钕玻璃的批量生产。

(原载于《解放日报》 2017-03-23 02版)

大尺寸N31激光钕玻璃已经成功应用于我国“神光”系列激光装置和用于开展前沿基础研究的上海超强超短激光实验装置。

目前,上海光机所已成为国际上独立掌握钕玻璃元件全流程生产技术的机构。胡丽丽作为第一完成人,荣获上海市2016年度技术发明奖特等奖、2017年度国家技术发明奖二等奖。

胡丽丽说,没有团队的合作,这个项目不可能完成。挑战极限的科研攻关过程中失败是常态,成功来自从一次次失败中吸取和总结教训。这10多年的攻关中,自己团队所经历的失败次数更是难以列举。

“在外人看来,我们可能像一群只知道工作的苦行僧。可是我们也都知道,要想做成一点事情,光靠8小时是不够的。”胡丽丽说。

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