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今日科技话题:地震工程领域首个大科学装置落户天津、为光学望远镜研制“眼镜”、雾霾来源和形成机制研究新进展、麻雀基因组新研究

科界 2018-09-03

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1 我国地震工程领域首个大科学装置落户天津

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▲设施总体鸟瞰图(效果图)


近日,我国地震工程领域首个国家重大科技基础设施——大型地震工程模拟研究设施由国家发改委批复立项。建成后,将成为目前世界最大、功能最强的重大工程抗震模拟研究设施,这对于保障土木、水利、海洋、交通等重大工程的安全具有重要意义,有利于从减少地震灾害损失向减轻地震灾害风险转变,全面提升抵御自然灾害的综合防范能力。该设施由天津大学牵头在天津建设,也是迄今为止在天津建设的首个国家重大科技基础设施。


大型地震工程模拟研究设施的建设有望对我国工程科技进步做出重要贡献,为确保重大工程安全发挥重要作用。伴随着人类科技进步和日益增长的社会需求,高层建筑、跨海大桥、大型水利水电工程、超长隧道、海底管线、海上风电、海上平台、大型核电等重大工程越来越多。这些重大工程的抗震安全对大型地震工程模拟研究设施提出了迫切需求。中国工程院院士、中国地震局工程力学研究所名誉所长谢礼立研究员介绍,工程结构的失效和倒塌是造成地震中人员伤亡、财产损失和发展受阻的最重要的原因,搞清工程结构的抗震薄弱环节,提升其抵御地震破坏的能力是最根本措施。


地震模拟振动台是开展抗震模拟研究的有效试验平台。目前国内外已有的地震模拟振动台由于规模较小或实验功能单一(不能同时模拟地震与其他多种灾害荷载的作用),已经不能满足一旦地震确保工程安全和正常服役的需要。天津大学牵头建设的大型地震工程模拟研究设施将建设尺寸和载重量更大的地震模拟振动台、能同时模拟地震与水下波流耦合作用的振动台台阵试验装置。这些设施建成后,可大幅提升我国工程技术领域的创新能力和水平。


该装置将建设在天津大学北洋园校区内,总建筑面积7.7万平方米,建设周期为5年。据项目首席科学家、天津大学校长钟登华院士介绍,该设施建设内容主要包括三大系统:地震工程模拟试验系统、高性能计算与智能仿真系统、试验配套与共享系统。该系统的建设涉及众多领域和多学科交叉,如:水利工程、土木工程、船舶与海洋工程、力学、控制科学与工程、机械工程、精密仪器科学、计算机科学、材料科学与工程、防灾安全等多个学科领域。


——《人民日报》


2 中国科学家为光学望远镜研制“眼镜”助其视野更清晰


从中国科学院长春光学精密机械与物理研究所了解到,应用光学国家重点实验室研究员宣丽带领的团队成功研制出快速液晶自适应光学系统。该系统已成功应用于日前交付使用的2米自适应光学望远镜中,使其空间分辨性能大幅提升,隔着1000公里的大气层依然能将星体“看”得清晰。


地基大口径望远镜是天文观测中最重要的仪器设备,但快速变换的大气湍流为其观测带来障碍。一些科学家不得不将望远镜送入太空,但这样会导致成本和技术难度大幅增加。团队成员姚丽双介绍,要想在地面上获得与太空相媲美的观测效果,必须为望远镜戴上一副能高速变化形状的“眼镜”,也就是液晶自适应光学系统。它能随时抵消大气湍流的干扰,获得清晰的高分辨率观测图像。


液晶自适应光学系统中最核心的部件是液晶光调制器。它可以对光的波前进行高速修正,使自适应光学这副“眼镜”正常工作。此前,我国并不具备研制这种器件的能力,进行光学研究时只能依赖于从美国、日本等国家购买。


为了打破垄断,研究团队历时8年,先后突破了快速响应液晶材料体系、高速数据传输及发送电子系统、最佳响应盒厚优化与过压驱动、基于分子组装的纳米级光控取向技术等一系列关键性技术。研究团队自主构建了具备高精度硅基液晶器件研发能力的研发平台,在国内率先成功研制出响应时间仅为0.65毫秒的高速、高精度液晶光调制器,并成功应用在液晶自适应光学系统中,使佩戴“眼镜”后的地基望远镜获得了与其在太空中相当的观测分辨率。基于上述技术突破,该团队的研究成果获得了吉林省技术发明一等奖。


该成果已进入产业化阶段,团队先后与北京大学、复旦大学、武汉光讯、西安光机所、白俄罗斯新材料化学所等国内外顶级机构建立了合作关系,瞄准不同需求共同研发特种液晶光调控器件。


——新华网


3 雾霾来源和形成机制研究获新进展


中国科学技术大学地球和空间科学学院教授沈延安团队与美国加州大学圣地亚哥分校林莽博士、美国科学院院士Mark H. Thiemens等合作,在研究华南地区雾霾的物质来源和形成机制上取得重要进展。8月6日,相关研究成果在线发表于美国《国家科学院院刊》。


研究人员首次将放射性硫同位素(35S)与稳定硫同位素(32S/33S/34S/36S)相结合,以国家大气环境背景值武夷山监测站为研究点,探讨华南地区气溶胶物理传输途径和化学形成机制。研究揭示了雾霾硫酸盐组分存在非常显著的33S和36S同位素非质量分馏信号,结果表明33S的异常来源于平流层的光化学反应,而36S的异常组成主要来源于化石燃料或生物质的燃烧过程。


雾霾主要由硫酸盐、硝酸盐、有机碳和黑碳等组成,对硫酸盐的稳定硫同位素进行高精度测定并探索其非质量分馏信号成因,对正确认识雾霾来源和形成机制具有指导意义。35S只在高层大气生成,半衰期为87天,因此可有效地对雾霾来源及其物理传输途径进行示踪。


研究人员通过系统测定华南气溶胶的硫酸盐、大气中的二氧化硫以及代表性煤的稳定硫同位素,发现气溶胶硫酸盐33S和36S的异常组成与大气中二氧化硫和煤的同位素组成不同。放射性35S分析结果显示,33S的异常组成与气团高度的变化密切相关,这说明二次硫酸盐形成过程中硫循环经历了平流层的光化学反应,然后沉降到对流层和地表。


另一个重要发现是36S异常与33S异常不存在相关性,但36S异常与硫氧化率及多种生物质燃烧示踪物的丰度均呈现强相关性。研究结果表明,在东亚及北美地区广泛观测到的气溶胶硫酸盐36S异常,主要是由化石燃料或生物质燃烧直接生成的一次硫酸盐气溶胶造成的。该研究证明了硫同位素是追踪不同成因雾霾硫酸盐来源和形成机制的有力手段。


——《中国科学报》


4 中科院大化所等金属纳米团簇研究获新进展


近日,中科院大连化物所杨学明、马志博团队与厦门大学郑南峰团队及芬兰于韦斯屈莱大学Hannu Hakkinen团队合作,通过低温超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究原子结构精确已知的Ag374纳米团簇的表面配体,获得亚分子水平超高分辨,结合DFT理论计算与模板识别算法,实现对表面配体形貌和结构以及团簇取向的识别。相关研究成果发表在《自然—通讯》上。


纳米颗粒的实空间成像对于理解颗粒尺寸、形状、组装、结构以及稳定性之间的关系具有十分重要的意义。因为这些基本特性决定了团簇颗粒在诸多应用如催化、药物传递、生物感应以及医疗诊断上的功能。


研究团队以Ag374纳米团簇作为研究对象,利用STM分别在LHe及LN2温度下获得了单个团簇亚分子高分辨率的拓扑图像。结合LN2温度下单个叔丁基苯硫酚(TBBT)分子在Au(111)表面的高分辨STM图像以及Ag374的DFT理论STM图,证明Ag374的高分辨STM图中呈现出了单个TBBT的形貌,并且可分辨出单个甲基基团。随后,借助“图像识别”原理,通过STM模拟图像数据库以模板识别方法找到了高度匹配的团簇取向。


此工作为将来基于应用设计功能性的纳米团簇提供了指导与帮助。


——光明网


5 麻雀基因组揭示其与人类共生历史

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麻雀广泛分布,且与人类密切相关。然而令人惊讶的是,一直以来我们对麻雀的历史知之甚少。


此次,挪威奥斯陆大学研究人员马克·拉文奈特及其同事在《英国皇家学会学报B》上发表报告称,他们通过筛查麻雀的基因组,试图分析麻雀不为人知的历史。研究中发现,有证据表明该物种在过去的一万年中已扩展到欧洲,而遗传特征还揭示了,麻雀觅食中重要的颅骨和消化酶,可能是麻雀最近期的一次进化。这一变化的原因,可能是为了消化更难处理、更多富含淀粉的种子而出现的,因为这些种子也伴随着人类的种植作物历史。研究人员表示,该结果不仅增加了人们对麻雀进化的理解,而且也揭示这一“最熟悉的陌生人”与人类共生的历史。


——《科技日报》


6 自主三代核电CAP1400蒸汽发生器具备国产化能力


据国家电投最新消息,由其牵头承担的国家科技重大专项“大型先进压水堆核电站”中的“CAP1400蒸汽发生器研制”课题,历经4年攻关,突破了这一自主三代核电核心装备的技术瓶颈,我国从此具备了CAP1400蒸汽发生器的自主制造能力。


国家能源局组织的验收专家组一致认为,该课题聚焦CAP1400蒸汽发生器制造技术,国家核电技术公司所属上海核工院联合东方电气、上海电气、中国一重、二重集团等携手攻关,开展了CAP1400蒸汽发生器群孔高效成型及检测技术、关键焊接技术、制造缺陷诊断及评价技术等7大方面的研究。课题积累了大量试验数据、工艺参数,取得专利、技术秘密、论文、企业标准等知识产权成果52项,形成技术报告417篇、试验件和样机等23套;培养了一支蒸汽发生器设计、制造、检测的专业队伍,为蒸汽发生器的持续创新奠定了重要基础。课题研究成果已经成功应用于CAP1400蒸汽发生器和其他大型设备的制造中,形成了第三代核电主设备的国产化能力。


据悉,CAP1400是我国引进美国西屋电气AP1000、经消化—吸收—再创新形成的第三代先进核电技术,具有完全自主知识产权。


——《科技日报》


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