依托大科学装置 创新物质科学研究
——中国科学院合肥物质科学研究院创新发展巡礼
2008年1月13日,胡锦涛总书记视察EAST装置。
2006年2月7日,吴邦国委员长视察安光所并题词。
2003年5月27日,全国人大常委会副委员长、中国科学院院长路甬祥等为合肥物质科学研究院成立揭牌。
中国科学院合肥物质科学研究院(简称合肥研究院)是在中国科学院知识创新工程试点中诞生的。2001年5月,科学岛开始启动二期知识创新工程试点工作,同年12月,原中科院合肥分院及安徽光学精密机械研究所、固体物理研究所、等离子体物理研究所等3个研究所合并成一个法人单位——中国科学院合肥物质科学研究院(合肥智能机械研究所于2004年4月并入研究院)。2006年2月,中科院院长办公会审定通过了合肥研究院三期创新工作方案,科学岛步入中科院三期创新行列。
合肥研究院始终以中科院新时期办院方针为指导,以知识创新工程为主线,以学科建设和体制机制改革创新为重点,全面推进各项工作,一个充满创新活力、依托重大科学工程的综合性物质科学研究中心已经在位于合肥市西郊风景秀丽的科学岛上形成,并正在国内外发挥着越来越重要的影响。
大科学装置群初步建成
自主创新能力显著提升
经过10年的奋力拼搏,合肥研究院主持的国家“九五”大科学工程、由我国自主设计建造的EAST全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置,在攻克了大型超导磁体等多项技术难题后建成运行,成为世界上成功运行的第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。该装置形成了多项重大创新点,发展了68项关键技术,达到目前国际同类装置领先水平,为未来稳定聚变反应堆的建立奠定了基础。EAST的建成和投入运行为国际磁约束聚变的稳态近堆芯聚变物理和工程等搭建起了一个重要的实验研究平台,为提升我国磁约束聚变物理、工程、技术水平和培养高水平人才奠定了坚实基础,也为ITER建造及我国未来聚变能的发展作出了重要贡献。与此同时,高温超导大电流引线研制技术获得重要进展,创下85千安电流的世界最高纪录。
合肥研究院在“HT-7超导托卡马克核聚变实验装置”上连续取得多项具有国际影响的重大科研成果。2004年实现了放电脉冲长度突破百秒关,达到了240秒;2008年,HT-7实现重复稳定的400秒长脉冲等离子体放电,成为目前国际上最长的高温等离子体放电,奠定了我国在国际超导托卡马克研究中不可取代的地位。
合肥研究院建立的包括高分辨率高灵敏度大气分子吸收光谱实验系统、可探测近地面至平流层大气气溶胶、臭氧、水汽等重要大气成分参数探测研究的激光雷达系统、光波大气传输实验系统、大气光学参数数据库等在内的“大气成分与光学参数综合观测研究实验场”,已成为我国目前功能最为强大的面向气候环境变化和光电工程研究需要的大气光学综合性实验研究基地,并为有关大型综合性实验提供了关键的平台。研究人员发展了全过程系统级的高精度辐射定标概念,建立了具有国际先进水平的国内第一条低温绝对辐射计的高精度辐射定标标准传递链,为支持定量化高精度光学遥感技术发展和信息表征提供了定标解决方案、技术手段和实验平台。
进入知识创新工程后,合肥研究院科研条件平台建设得到快速发展,科学岛上的一个面向重大综合性和多学科交叉研究的大科学装置群已初步建成:自主设计制造的EAST及大型超大磁体、大气光学与遥感辐射定标综合实验场,以及正在建设中的国家“十一五”稳态强磁场大科学装置等,极大地增强了自主创新能力。截止到2009年6月,合肥研究院以自主研制为主建立的价值20万元以上大型仪器设备达到377台套,新增大型设备资产为创新前总数的4倍。大科学装置创新研究平台的搭建,推动了合肥研究院重点实验室建设的快速发展,各类重点实验室或工程中心已达到21个。依托大科学装置和重点实验室,合肥研究院的创新能力和承担国家重大任务的实力得到显著提升。
2001年以来,合肥研究院主持和参与的重要国家科技项目有:主持“973”项目9项,参与“973”子课题16个;“863”项目61个;国家自然科学基金重点项目7项,杰出青年基金6项,面上基金230多项。
重大创新成果不断涌现
物质科学研究成绩斐然
合肥研究院在知识创新工程的引领带动下,不断推进学科建设,近年来在等离子体物理与磁约束核聚变、大气环境光学、材料物理、仿生感知与智能等领域取得了一系列重大科技创新成果。
环境光学与监测技术研究实验系统建设,将对环境污染机理、环境监测研究产生深远影响。环境光学与环境监测技术研究实现了用激光与光谱学技术对重要污染物高分辨率、高灵敏度、在线连续多组份自动监测,推动了我国环保产业的发展;“长程差分环境空气质量监测系统”已实现产业化,打破了我国高档环境监测仪器依赖进口的局面,创造产值1亿多元;大气环境综合立体监测系统,为奥运空气质量监测和评估提供了科技支撑。
离子束生物工程取得了一系列创新成果。培育出的高产、高效水稻新品种及其配套技术,实现了水稻种植模式的重大革新。“低能离子束细胞修饰技术和装置”获得了国家知识产权局和世界知识产权组织2003年颁发的“中国专利金奖”。合肥研究院成功研制出的国内第一台“单离子束细胞精确定位照射系统”,进入国际先进行列。
材料物理基础研究成绩斐然。合肥研究院是我国最早开展纳米材料研究的单位之一,近年来,在一维纳米材料新方法的建立、新生长规律的探索、新原理的发现以及奇异物性等方面,做出了在国际上有影响的创新性工作,发表了一系列高水平学术论文。在低维纳米结构分子印记与爆炸物检测研究方面,发展了分子印记纳米材料合成新方法,可对ppb级的TNT气氛进行检测。开发出的大尺寸红外激光晶体,为发展高功率大能量全固态激光等技术和器件提供了关键技术支撑。多孔金属和超塑性金属等功能材料研究成果,为提供满足我国航天需求的功能材料迈出了关键的一步。
大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池研究达到国际先进水平,掌握了染料敏化太阳电池批量生产关键工艺技术,大面积电池效率达到8.2%(面积为11平方厘米),为进一步推动低成本太阳电池在我国的实用化打下了坚实的基础。
智能农业系统成果累计推广到全国28个省市480多个县,为我国农业信息化快速发展提供实施方法论与基础工具支撑,取得了良好的社会效益。“农业智能系统技术体系研究与平台研发及其应用”研究于2009年1月荣获2008年度国家科技进步奖二等奖。运动员辅助训练系统在2008年北京奥运会上,为我国运动员夺取多项竞技比赛金牌作出了重要贡献,课题组被授予“科技奥运先进集体”荣誉称号。多维力传感器的研究与应用研究突破了多项关键技术,满足了我国部分国家级科技项目研究和装备的急需。
合肥研究院发展的精确放疗计划原型软件系统处于国际先进水平;研制成功的新型痕量爆炸物离子迁移谱快速检测仪,实现了我国痕量有机化学品现场探测技术的重要突破,其检测爆炸物的种类、分辨率和灵敏度都达到和超过国外同类产品;构筑的智能机器人传感器实验平台等,为仿生感知机器人研究提供了重要的技术支持和实验保障。自主研制成功了国际第一台10fA超高电流分辨全低电压扫描隧道显微镜(STM);成功建立的模拟太空真空和低温环境的舱外航天服试验系统,为“神七”舱外航天服的地面试验工作的顺利完成作出了贡献。此外,研究人员近年来还在液态金属关键问题、过渡族金属氧化物自旋电子材料等研究方面取得一系列重要进展。
2001年以来,合肥研究院累计申请专利614项(其中发明专利467项),获专利授权353项(发明专利176项);发表各类论文5792余篇,其中SCI论文约2250篇。合肥研究院共获得国家科技奖6项,其中一等奖1项,二等奖5项;中国科学院杰出科技成就奖1项,安徽省科技奖一等奖8项,二等奖5项。中国科学技术信息研究所发布的统计结果表明:合肥研究院近几年发表的SCI论文数量、EI论文数量、ISTP论文数量以及论文引用次数在全国科研机构中均排名前10位。
加强人才队伍建设
促进对外交流合作
合肥研究院一直把人才队伍建设作为首要任务,在稳定现有科技、管理队伍和关键人才的同时,围绕建设国内一流、国际知名科研基地的发展目标和建设一支高水平科研队伍的需要,结合学科发展目标,不断完善人才培养和引进机制,调整和改善队伍结构,取得显著成效。通过有针对性地引进急需人才,培养和储备后备队伍等举措,合肥研究院现已建立了一支精干的研究队伍、管理队伍和技术支撑队伍。
合肥研究院高度重视青年人才的培养和引进,部署了“火花”基金、青年人才基金,获得支持的项目中,约60%以上获得了国家自然科学基金的资助,有力地促进了青年人才的成长。
合肥研究院现有博士点7个,硕士点18个,博士生导师167名,硕士生导师137名,已培养研究生2941名,目前在学研究生1233名,研究生已成为科研工作中的一支生力军;研究生培养质量不断提高,2002年至2009年获院级奖学金的人数达106人,其中院长特别奖6人。
近年来,合肥研究院对外开放及国际合作势头强劲,随着HT-7托卡马克不断取得令人瞩目的实验结果以及EAST装置的建设,吸引了世界聚变界越来越多的目光,一批国际知名研究院所的所长和资深科学家先后到访合肥研究院,中国科学家也多次在国际聚变能大会上作特邀报告。同时,通过频繁的国际交流和合作,一批中青年科学家在国际学术组织中崭露头角,目前合肥研究院已有十几位科学家分别在国际组织中任职或担任国际期刊编委等。通过执行国家间科技合作计划、签订新的国际交流协议、召开多个国际学术会议、邀请知名学者来访等多种方式,合肥研究院不断跟踪国际前沿,国际影响日益扩大。
合肥研究院一直十分重视与地方政府及企业的联系与合作,通过加强院地合作,提高技术创新能力、加速成果转化。截至2008年底,合肥研究院在各地已与地方共建机构13个,其中包括积极参与合肥国家科技创新型试点市示范区的启动建设工作,与安徽省共同组建了安徽循环经济技术工程研究院,已成为中科院在安徽省的技术转移转化平台、国家级技术转移中心示范机构。在常州成立的“中科院(常州)先进制造技术工程中心”合肥研究院分中心和常州机械电子工程技术研究所,成为合肥研究院在长三角的技术成果转化窗口;分中心和机电研究所的工作开局良好。通过加强与地方企业合作,一批技术成果得到转化并实现了规模化生产。
园区面貌焕然一新
创新文化构建和谐
自2001年起,在中科院的支持下,合肥研究院对科学岛园区进行了大规模的改造和建设,5座综合办公实验大楼、大气光学实验场建设工程、超导托卡马克实验大厅改扩建工程、研究生教育基地等9项建设工程相继建成运行,加上新建的综合实验楼、“科学家园”项目、合肥市现代科技馆改造项目,以及ITER-CICC穿管线工程、中科院强磁场中心项目等在建项目,科学岛总建筑面积达到81632.26平方米,总投资18572.72万元。这些项目极大地改善了科学岛的科研基础设施条件和园区环境,焕然一新的园区面貌对科学岛科研、管理、人才引进和稳定起到了重要的作用。
创新文化建设是知识创新工程的重要内容,合肥研究院在广泛征求职工群众意见的基础上,确立了“求真、创新、拼搏、奉献”的院风,和“报效祖国、奉献科学;以人为本、创新为魂;严谨治学、求真务实;敢为人先、争创一流”的科学岛精神。通过丰富多彩的文体活动,营造团结和谐的人文氛围:“科学岛之春”和“科学岛·金秋”系列文体活动已成为深受群众欢迎的文化品牌,加速了有合肥研究院特点的创新文化的形成。通过创新文化建设,合肥研究院着力培养健康向上的价值观念,引导职工把实现自身价值与研究院的发展结合起来,继承和发扬几代科学岛人艰苦创业、甘于奉献、追求真理的精神,为实现发展战略和创新目标勤奋工作。
当前,合肥研究院领导班子正在组织深化发展战略研究。面对创新型国家建设和国际科技发展态势,合肥研究院将持续面向国家洁净能源、环境监控与国家安全和可持续发展战略需求,面向国际磁约束聚变、地球大气环境变化、极端条件下物质新现象和新材料新器件等科学技术前沿,不断发展全超导托卡马克、稳态强磁场、大气环境综合实验场及其立体观测研究网络等大科学装置群和相关物质科学研究装备;建立并依托国家级和院部级重点实验室等科学研究团队群,形成围绕能源环境领域的物质科学与技术物理学科集群和综合交叉优势;不断深化国际化开放合作,开展未来能源、物质本质与基本结构、环境变化中的物理化学特性与信息获取等综合性重大科学问题的研究,努力把合肥研究院建设成为国际著名、国内一流的依托大科学装置群的综合性物质科学国家研究中心。
美国科学家验收等离子体所为其研制的实验装置。
2009年8月,合肥研究院与安徽省科协签署共建科普馆协议。
EAST全超导托卡马克实验装置获2008年国家科技进步奖一等奖。
合肥物质研究院每年都定期召开合肥市科技合作年会。