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  为认真贯彻落实习近平总书记在统筹推进新冠肺炎疫情防控和经济社会发展工作部署会议上的重要讲话精神,按照科技部关于新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控决策部署,科技部高技术中心坚持防疫、业务“两不误”,积极推动各项工作。近日,高技术中心“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项管理办公室,利用信息化手段,召开了总体专家组网络会议。专项总体专家组专家、高技术中心袁建湘副主任和专项办有关人员等参加了会议。  会上,袁建湘指出要坚决贯彻落实中央精神,既要抓疫情防控,又要复工复产,2020年专项实施进入最后的冲刺阶段,专家组要强化责任担当,坚持目标导向和问题导向,加强对项目的跟踪管理,进一步凝练标志性成果,要认真梳理存在的主要问题并明确解决方案。  总体专家组各责任专家逐一介绍了多技术方向项目的实施进展、主要成果、存在问题与后续工作要点,并展开了细致的研讨。会议议定,一是专家要进一步明确责任,每一个项目确定责任专家,跟踪项目进展,与专项办项目主管协同,做好服务;二是对于进度滞后的项目,要摸清问题所在,推进工作要形成链条;三是梳理评估疫情对项目研究工作造成的影响,提前做好相应的对策与预案,推进项目实施,四是认真学习科技部近期颁布的文件,落实在项目绩效评价工作中。为了相互学习借鉴,会议还邀请了可再生能源和氢能技术、核安全与先进核能技术2个重点专项总体专家组组长参会。

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  土壤是保障粮食安全的基石。然而,近年来由于化肥农药的过度使用等,土壤生态条件大不如前,基础地力下降,耕地盐碱化问题变得尤为突出。  除了“治疗”盐碱地,科学家也在不遗余力地挖掘作物的耐盐潜力。近日,中国科学院上海植物逆境生物学研究中心(以下简称逆境中心)研究员朱健康团队与中国农业科学院(深圳)农业基因组研究所研究员黄三文团队开展合作研究,找到了现代番茄已然丢失的耐盐基因,为耐盐作物的分子育种提供了新的技术方案。  相关研究成果近日在线发表于国际期刊《欧洲分子生物学学会杂志》(TheEMBOJournal)。  驯化中丢失祖传技能  当前,土地盐碱化已经成为世界性的难题,全球盐碱地面积高达9.56亿公顷,而我国盐碱地面积大、分布极为广泛,总面积达1亿公顷左右。这让人头疼的盐碱地,实际上也是我国耕地的后备开发资源,是粮食增产的潜在保障用地。  “挖掘作物的耐盐潜力并提高其耐盐性是解决食物安全问题的重要途径之一。”论文共同通讯作者黄三文在接受《中国科学报》采访时表示,番茄是全世界产值最高的蔬菜,被称为“世界第一大蔬菜作物”,具有重要的经济价值。  因此,挖掘番茄的耐盐潜力成为了他们的目标。第一步就是探究番茄到底从何而来。  “番茄起源于南美洲安第斯山地区,随着人类迁移,番茄也从南‘闯’到北,大约到达中美洲和墨西哥一带的时候,人类基本上就完成了对番茄的驯化,让番茄从小果变成大果。大约在16世纪传入欧洲后,又传播到了世界各地。”论文并列第一作者、云南师范大学教授祝光涛在接受《中国科学报》采访时表示。  黄三文介绍,今天我们食用的大果栽培番茄都是由野生番茄驯化而来。在番茄的起源地,有些野生材料就在靠近海边的地方生长,比如当地野生醋栗番茄就能够在较高盐胁迫环境下生长。番茄的祖先实际上是耐盐的。  然而,在驯化和育种过程中,人类更关注番茄果实的大小,其祖传的耐盐技能却逐渐丢失。现在,市面上能吃到的番茄,基本上都不再具备这个特质。  找回野生番茄的耐盐基因意义重大。  挖掘到耐盐关键基因  此前,黄三文团队已经对不同类型的番茄进行了全基因组测序,建立了番茄种质资源信息“大宝库”,确立了我国在番茄基因组学研究的重要地位。  “有了丰富的种质资源库,以及丰富的野生材料,我们才有机会去挖掘存在于番茄身上的‘未知’本领。”论文第一作者、逆境中心博士王镇向《中国科学报》介绍,他们通过对369份番茄材料进行基因组分析和表型鉴定,发现了一些有意思的现象。  “在测定这些番茄材料的根系以及地上部分的钠、钾离子含量时,我们发现,在野生醋栗番茄、樱桃番茄和栽培番茄三个群体中,根中钠、钾离子比是逐次提高的,钠钾比越高抗盐性越差。”论文共同通讯作者朱健康在接受《中国科学报》采访时说。  通过全基因组关联分析,他们幸运地发现了几个比较显著的信号位点,最强的信号出现在4号染色体的前端区域,在这个区域进行“地毯式”搜寻后,找到了一个关键基因SlHAK20。  “这个基因编码一种钾离子转运体,我们发现该转运体也具有钠离子转运活性,是一个钠钾离子转运体。”王镇介绍。  大量研究表明,适量的钾离子是植物生长发育所必需的矿质营养,而钠离子则抑制植物的生长发育。SlHAK20作为钠钾离子转运体,在减少钠离子对植物的损害方面扮演着至关重要的角色。  基因组分析表明,SlHAK20这个基因受到了强烈的驯化选择,该基因起始密码子对应碱基下游第48个碱基处的一段6个碱基的片段缺失,导致了栽培番茄耐盐性显著降低。野生番茄里,这个片段的存在能使SlHAK20转运钠离子的活性变强,是野生番茄耐盐的一个重要原因。  不仅如此,“我们还发现,SlHAK20这个基因具有广谱性。以水稻为例,敲除水稻中SlHAK20的两个同源基因OsHAK4和OsHAK17,也会导致水稻对盐胁迫敏感。”朱健康表示,这就意味着,在单、双子叶作物中SlHAK20同源基因应答盐胁迫的功能是保守的,具体的分子机制还有待深入研究。  品种选育上实现升级  有了SlHAK20基因这把“钥匙”,科研人员可以解锁很多番茄的“打开方式”。  “我国耕地面积比较紧张。为了高效利用盐碱地,在品种选育上,我们可以实现品种升级,有目的地培育出一些有一定抗盐特性的番茄,这样对农业耕地的再利用可以发挥重要的支撑作用。”祝光涛说。  比如,我国东部沿海地区人口密度大、土地供应紧张,这些地区拥有大面积的滨海盐碱地,可以“变废为宝”,让盐碱地和番茄碰撞出“火花”,实现应有的价值。  是不是其他作物也可以通过这种方式来改变其耐盐品质,这也是一个研究重点。  “在筛选大果的过程中,耐盐基因丢失了,接下来我们要对番茄选育进行‘优化’,让番茄既保留大果的‘优势’,又兼具耐盐特性。”朱健康表示,目前相关研究工作正在开展。  相关论文信息:https://doi.org/10.15252/embj.2019103256  (原载于《中国科学报》2020-03-24第3版农业科技)

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  3月21日,科技部发布《关于科技创新支撑复工复产和经济平稳运行的若干措施》(以下简称《若干措施》)。《若干措施》共推出9个方面18条具体措施,包括启动实施“科技助力经济2020”重点专项、实施科技型中小企业创新发展行动等。  “按照党中央、国务院一手抓疫情防控、一手抓经济平稳运行的统一部署,《若干措施》强化问题导向和目标导向,形成了以中短期为主、体系化的一揽子工作举措。”22日,科技部成果转化与区域创新司相关负责人接受科技日报记者采访时说。《若干措施》聚焦高新区、科技型中小企业和高新技术企业、高新技术产业等科技创新主阵地,依靠科技创新解决复工复产、经济平稳运行中的痛点难点堵点。与此同时,以近中期能否尽快取得实效作为根本标准,采取更加精准、可操作的“硬实新”举措,确保年内能够取得成效,有力有效对冲疫情影响。  发挥国家高新区抗疫稳经济重要作用  国家高新区作为我国高新技术产业发展和推进自主创新的重要阵地,在科技战“疫”中展现出“高科新”的硬实力,一大批新技术新产品新服务得到应用。“在支撑复工复产和经济平稳运行方面,高新区同样要发挥重要作用。”这位负责人说。  《若干举措》提出,充分发挥国家高新区在推动复工复产中的重要载体作用,针对不同风险等级地区制定差异化、精准化举措,利用科技手段支撑企业复工复产,加强复工复产信息的共享服务。同时,要加快推动新布局一批国家高新区,优化国家高新区空间布局,在提升企业和产业竞争力、促进高质量发展方面发挥更加重要的作用。  推出实招支持科技型中小企业  受疫情影响,科技型中小企业因规模小、抗风险能力弱,面临的生存与发展压力加大。为支持科技型中小企业健康发展,《若干措施》特别提到“实施科技型中小企业创新发展行动”,针对企业在政策、服务、资金等方面的需求推出实招。  比如,大力推动科技创新创业,发挥“双创”服务机构作用,促进高质量就业;加大中央财政对科技型中小企业,特别是科技型小微企业研发活动的绩效奖励,建立部省联合资助机制。此外,国家科技成果转化引导基金将加大对科技型中小企业的融资支持,加快抗疫攻关科研成果的转化和产业化等。会同有关部门研究推动科技成果转化贷款风险补偿试点,为科技型中小微企业提供融资支持。  《若干措施》也注重对高新技术企业的激励引导,提出研究完善高新技术企业认定管理办法和便利化措施,开展高新技术企业上市培育行动,推动更多高新技术企业享受激励政策。    助力科技型企业的健康发展,短期应急措施和中长期政策缺一不可。启动实施“科技助力经济2020”重点专项,成为《若干措施》中的一大亮点。通过重点研发计划快速启动实施一批技术创新项目,特别是短期内能见到实效、带动效果明显的技术成果转化落地项目,支持一批优秀科技型企业克服疫情带来的短期困难,对疫情严重地区予以适当倾斜。  转危为机培育壮大新动能  不仅是强化政策引导,激发市场创新活力,《若干措施》还就先进技术落地、培育壮大新产业新业态新模式推出实招硬招。  在促进成果转化和产业化方面,实施先进技术推广应用“百城百园”行动,遴选100个左右创新型城市(县市)和100个左右国家高新区、国家农业高新技术产业示范区等,结合地方需求及其优势快速推广应用一批先进技术和科技创新产品。同时,加快国家技术转移体系建设,推动技术转移机构发展,强化科技成果信息共享服务。  针对培育壮大新产业新业态新模式,《若干措施》划出两个重点:一是大力推动关键核心技术攻关,加大5G、人工智能、量子通信、脑科学、工业互联网、重大传染病防治、重大新药等重大科技项目的实施和支持力度;二是编制面向智慧医疗、智慧农业、公共卫生等应用场景的技术目录,在国家高新区、国    家新一代人工智能创新发展试验区等打造示范应用场景。这将对引导和带动未来投资与消费方向起到重要作用。  《若干措施》还提出,开展科技人员服务企业专项行动,重点支持拥有创新成果的科技人才加快转化应用,将科技人员服务企业情况作为职称评审、岗位竞聘等重要内容。选派一批科技特派员保障春耕生产,开展科技助力脱贫攻坚。在扩大高校毕业生就业方面,国家科技计划支持的项目中,推动高校、科研院所设立科研助理或辅助人员岗位,扩大博士后岗位规模。  《若干措施》的落地有赖于中央和地方联动,强化跨部门协同,更要调动科技界、各类创新主体的积极性主动性,形成全国一盘棋推动复工复产、保障经济平稳运行的工作合力。 “下一步,我们将健全协同联动的落实机制,细化实化工作举措,加强督查落实,确保各项措施落实落地取得成效。”这位负责人强调。

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  DNA测序技术发明之后,科学家认为可以通过DNA全基因组测序解析生命的全部密码。然而渐渐的,他们发现有些重要信息并不编码于DNA序列里面,即便基因序列没有发生变化,生物体的表型也可以改变。这种研究被称为“表观遗传学”。继传统遗传学之后,表观遗传学如火如荼地发展起来了。  中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所(以下简称遗传发育所)研究员曹晓风及其团队花了11年时间,开辟了水稻表观遗传研究的新方向,在组蛋白甲基化、小RNA调控植物生长发育和转座子活性的机制研究领域取得了一系列系统性原创成果。相关成果获得2019年度国家自然科学奖二等奖。  另起炉灶  2003年6月,曹晓风从美国加州大学洛杉矶分校来到中科院遗传发育所。那时,国内的植物表观遗传学研究才刚刚开始。  获奖团队成员、遗传发育所副研究员刘春艳介绍,表观遗传主要包括了三种重要的机制,DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA调控。DNA甲基化不仅是当时国际上研究的主流,也是曹晓风已经站稳脚跟的方向。然而,为了与美国导师的研究工作更有区分度,作为表观遗传学研究领域很有实力的一位新秀,曹晓风选择了“人烟稀少”的地方,从头开始。  组蛋白甲基化是组蛋白修饰中最为重要、最为复杂的一种修饰,在维持染色体功能以及各种细胞生理活动的调控过程中发挥着重要作用。组蛋白甲基化过程是由甲基转移酶来完成的。围绕植物组蛋白甲基化是如何生成的问题,曹晓风选择的第一个突破口,就是建立和优化纯化手段,从花椰菜中分离纯化植物组蛋白甲基转移酶。  回国近半年,曹晓风经过反复尝试、失败、调整、优化,终于建立了甲基转移酶纯化体系,为后续一系列工作奠定了基础。  可紧接着,新的挑战接踵而至。  先前,科学家认为组蛋白的甲基化作用是稳定而不可逆的。但2004年,在哺乳动物中发现这一过程是可逆的,起关键作用的就是去甲基化酶。  这是一个令人欣喜的发现。于是,曹晓风把目光投向了植物组蛋白甲基化去除这一表观遗传调控的重要机制。获奖团队成员、遗传发育所研究员陆发隆表示,他们花了2年时间先建立起了植物体内组蛋白去甲基化酶活性检测体系,最终鉴定了首个植物H3K27me3去甲基化酶REF6。并指出其不是哺乳动物中H3K27me3去甲基化酶的直系同源物,这也改变了学界过去的猜想。  这项研究阐明了组蛋白甲基化调控基因表达和植物发育的机理,填补了组蛋白修饰调控机制方面的一个空白。  为转座子“正名”  就一个团队的长远发展而言,布局大方向中不同的小研究方向,保持研究体系的完整性很重要。曹晓风并没有“把所有鸡蛋放在一个篮子里”。  在组蛋白甲基化研究的同时,曹晓风团队在国际上率先开展了作物小分子RNA的研究。他们明确了负责小分子RNA加工的关键酶DCL蛋白家族成员在各种小分子RNA生物合成途径和控制水稻重要农艺性状中的功能,揭示了小分子RNA对水稻生长发育的调控作用。  随着研究的深入,他们发现转座子是小分子RNA的重要来源。可在过去,转座子一直被认为是“垃圾DNA”。  因发现转座子而获得1983年诺贝尔生理学或医学奖的科学家麦克林托克,曾提出“转座子调控元件”假说,但始终没能在基因组水平上得到证实。  曹晓风团队的研究发现,水稻中大量散布于基因附近的MITE类转座子可产生小RNA,并精细调控旁侧基因的表达。“我们首次在全基因组水平上证实了麦克林托克的假设,指出小RNA可以和转座子互为影响,从而调控周围基因的表达。”刘春艳说,转座子并不是垃圾DNA,它在生物进化和环境适应性中扮演了很重要的角色,这也为从表观遗传角度进行作物分子育种提供了新的线索和手段。  中科院院士李家洋在接受《中国科学报》采访时表示,曹晓风团队发现水稻中小分子RNA和组蛋白甲基化有着内在的相互调控关系,植物组蛋白甲基化在调控转座子沉默中发挥着重要作用,“其实这是一个完整的表观遗传调控机制的不同方面”。  李家洋评价,曹晓风团队在该领域的一系列系统性原创成果不仅为进一步揭示表观遗传调控机制在植物生长发育和环境响应中的功能打下基础,也开辟了水稻表观遗传学研究的新方向,引领了学科的发展,为从表观遗传层面研究作物重要农艺性状奠定了坚实的基础。  育人之道  陆发隆是最早加入曹晓风团队的学生之一,当年,正是通过组蛋白甲基化与去甲基化这项研究,让他迅速成长为可以独当一面的科研人员。如今,“曹老师的学生中在国内外担任教授的已有十四五位之多,这对一个建成16年的实验室来说,很不容易”。  她一直倡导一种开放的科研文化。“曹老师十分看重学术同行的交流,也鼓励学生多参加学术会议,学会自我表达。”刘春艳还记得,相关或跨学科领域的专家常常被邀请来实验室,“尤其在我们的一些研究处于萌芽或者进行到一半的关键时期,为我们提供建设性意见,帮助我们打开思路”。  1月10日上午,国家科学技术奖励大会结束后,曹晓风就马不停蹄赶回遗传发育所,参加基因组生物学研究中心学术年会。在陆发隆心里,即便过去这么多年,那个当年经常夜里不回家、在沙发上醒来就投入研究的曹晓风,依然是实验室最用功的那个科学家。  (原载于《中国科学报》2020-01-21第3版农业科技)

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  编者按  前不久,中国科学院两大科学装置项目总部区工程在广东省惠州市开工。按计划,强流重离子加速器(HIAF)和加速器驱动嬗变研究装置(CIADS)这两台“国之重器”,将在2021年中建成。建成后,有望成为世界最先进的核物理研究装置,并带动形成国际领先的核物理研究中心。  其中,CIADS作为我国加速器驱动先进核能系统的燃烧器部分,将深入探索核废料嬗变过程中的科学问题,突破系列核心技术、检验系统稳定性和可靠性,为未来工业示范装置奠定基础。  这一先进装置的研发,离不开科学家对基础科学问题的长期探索。2010年,自然科学基金委设立了重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”,旨在以该领域关键基础科学问题为核心,在先进核能体系中的核燃料及其核过程、核燃料在先进反应堆燃烧过程中的基本行为及其增殖与嬗变、乏燃料后处理的新方法与新机理等方面取得创新性成果,最终解决战略性和前瞻性重大科学问题。  该重大研究计划历经8年,取得了丰硕成果。本期基金版将总结该重大研究计划取得的经验,展示取得的成绩。  近日,日本政府公布第5次修改过的福岛第一核电站报废计划路线图,将从2021年开始取出核燃料残渣,并力争在2031年将所有燃料棒取出。  如何解决核燃料的利用效率和乏燃料的安全处理处置问题,是国际核能界面临的共同挑战。  自2010年起,在国家自然科学基金重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”及之后的中科院战略性先导科技专项A类支持下,历经8年,中国科学家将核燃料利用率从“不到1%”提高到“超过95%”,有望使核裂变能从目前的百年变为近万年可持续、安全、清洁的战略能源。  “烫手”的乏燃料  核燃料是核电站的“粮食”,持续不断地在反应堆内燃烧,以供应核电运行。然而,燃烧后卸出的大量乏燃料,却成了“烫手山芋”。  “就像烧煤球,有些外面烧透了里面还是没有烧掉。”该重大研究计划指导专家组组长、中国科学院院士詹文龙告诉《中国科学报》,实际上,核反应堆真正燃烧的东西很少。一般核能的功率密度是化学能的百万倍,现有核燃料能够燃烧的不到1%,剩余99%多为乏燃料,具有很大的放射毒性,危害时间长达10万年之久。  “和国际上大多数核电站一样,我国核电站的乏燃料多暂存在核岛内的水池中。”詹文龙介绍,一般核电站的水池设计容量仅能满足其15~20年的乏燃料总量。  而与之形成对比的是,全世界核电每年卸出的乏燃料大约10500吨,截至2008年累计总量已超过270000吨。  如何处理这些“烫手山芋”?目前国际上通常有两种方法。  一种是“一次通过”方式,即将乏燃料作为“废物”。经过暂时储存和适当包装后,直接进行最终地质处置,将废物埋藏在500~1000米深的地质层中,使之与周围的生物圈隔离。  另一种是“闭合燃料循环”方式,即将乏燃料视为“资源”。经过后处理分离出铀和钚等有用的核材料,回到热中子或快中子反应堆循环使用。后处理产生的高放废液经过玻璃固化之后,再进行最终地质处置。  乏燃料中仍有95%的铀没有燃烧,同时还会产生一些新核素,如1%的钚和4%的其他核素。  “法国的燃料闭环方案是回收铀、钚等易裂变材料,以及可以利用的次锕系元素等物质,并制成核燃料组件再次使用,而其他放射性核素固化制成玻璃块状的高放废物封存。”詹文龙补充道。  其中,核燃料的增殖是铀钍资源利用最优化的核心,而乏燃料的分离嬗变则关系到核废物的最少化。  2010年,国家自然科学基金委员会发布重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”申请指南,詹文龙带领的团队获批。  次年,福岛第一核电站发生严重泄漏事故,再度为全球核安全蒙上阴影,研究团队愈发觉得肩上的责任重大。  “日本多使用的是法国的闭合燃料循环方式,投入很大,只进行分离无法有效解决乏燃料问题。我们觉得应该尽快开发出新的完全循环利用方式,促进全球核能可持续发展。”他说。  从1%到95%  想要实现核燃料的增殖与嬗变,需要依靠加速器驱动次临界系统(ADS)。  这套系统是加速器、散裂靶和反应堆的“结合体”。“简单地说,我们筛选出乏燃料中毒性最高的那一部分,用加速器把它给打碎,这样其寿命可大大缩短,放射性毒性可以消减。”詹文龙说。  2012年,该核能系统中关于优化资源和废物的新思路在詹文龙脑海中形成了雏形。他的想法是,首先简化乏燃料再生,先排除大于50%裂变产物再转化为再生乏燃料。然后利用可控高反应性快中子燃烧器,燃烧含大于50%裂变产物的再生乏燃料。  在降低毒性方面,则只需对50%的裂变产物提纯,剩余50%保持不动。这样减少了分离的难度,也没有核扩散的危险。  此外,团队还原创性提出颗粒流散裂靶的概念并建成原理样机。其原理和沙漏类似,高密度散裂靶热可导出异地实时处理,有效减少引起的放射性次级污染。  不过,传统的ADS只是把长寿命高放核废料进行嬗变处理为短寿命或低放核废料后再进行地质永久处置。从商业上来说只有投入没有产出,是“赔钱”的系统,因此,团队后又原创性地提出了加速器驱动先进核能系统(ADANES)这一全新概念。  ADANES是集核废料的嬗变、核燃料的增殖以及核能发电于一体、具有固有防核扩散特性的先进核燃料闭式循环技术。可将铀资源利用率由目前的不到1%提高到超过95%,处理后核废料量不到乏燃料的4%,放射寿命由数10万年缩短到约500年。  “不光做嬗变,把毒物减少,同时提高核资源的利用率,使燃料增殖,过程中还能正常发电,同时也提高了经济竞争力。”詹文龙表示,目前他们已完成了一系列实验室模拟原理验证实验并取得了突破性进展和应用。  AB方案同台“竞技”  据了解,该重大研究计划聚集了国内相关领域的各研究单位。自实施以来,为确保ADS/ADANES的顺利实施,项目实行了A/B角、A/B方案,同台“既合作又竞技”。  詹文龙回忆,样机制作过程中技术变化很大,尤其在强流超导直线加速器研发方面,很多小组都提出了不同的技术路线。“往往上半年提出的方案,下半年就有可能被推翻。”  于是,项目组让中科院近代物理研究所和中科院高能物理研究所作为A/B角依照各自方案实施制作。经过对比研讨、攻关,我国最终引领了这一重大核心技术。  目前,项目中的加速器技术在国家重大科技基础设施中已有应用,并受到部分企业的青睐,还可衍生至药物的靶向同位素治疗。  值得一提的是,该重大研究计划大大促进了基础放射化学的学科发展。  不过,核能研究具有高门槛、高投入、高风险和高效益等特点,所需经费往往是其他一些学科的数倍或几十倍。同时,核能研究周期较长,一般每一代核电升级需要20~30年。  詹文龙指出,核能研究特别重视基础、应用和工程之间的协同发展,在基础研究成果为国家重大工程项目服务方面还需要进一步加强。  “希望相关部门能够延续对先进核裂变能方向的资助,继续培育学科力量,更好地发挥核能在交叉学科中的支撑作用以及为国家重大需求服务。”他说。ADS驱动器从“跟跑”到“领跑”  核废料处理问题是核能发展需要解决的关键问题之一,加速器驱动次临界系统(ADS)是解决核废料问题的一种非常有效的方法。国际上没有高功率ADS原理验证装置,高功率连续波强流质子加速器和相应的散裂靶是ADS的驱动器。  连续波强流质子加速器是解决重大科学问题、国家重大需求以及国民经济重要问题的关键工具,也是未来先进加速器研究的前沿方向之一。超重元素合成、放射性束工厂、高通量加速器、中微子工厂、加速器驱动的核废料嬗变、先进核裂变能、裂变聚变用材料辐照、放射性同位素生产等领域,对从几十千瓦到几十兆瓦的高功率离子束提出了迫切需求。而可靠的高功率密度散裂靶也同时是这些装置的“咽喉”技术,其运行功率密度、运行寿命、对加速器失束的要求,决定了整个装置的性能。  目前国际上还没有运行的连续波强流加速器,低能强流束的稳定可靠传输与加速,以及可稳定承受十兆瓦功率的散裂靶仍是世界性难题。  在国家自然科学基金“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”重大研究计划的支持下,来自中科院近代物理研究所、中科院高能物理研究所、清华大学、北京大学和中科院上海应用物理研究所的课题组,在ADS驱动器研究中取得代表性成果,连续波强流超导直线加速器高功率调试实现国际领先;原创提出并原理验证全新高功率散裂靶技术路线。  2017年,由中科院先导专项支持研制的国际首台ADS超导直线加速器25MeV前端示范样机(CAFe)建成。中科院近代物理研究所何源牵头的项目组基于CAFe加速器研究平台,逐步实现了2毫安连续波强流低能离子束的稳定传输与加速。该成果是国际ADS加速器的一个里程碑,验证了RFQ和HWR超导腔稳定加速10mA连续波质子束的可行性,并在稳定运行高功率连续束流方面积累了大量第一手的经验,创造了目前国际上连续波强流超导直线加速器所达到的最高束流功率和最长运行时间纪录。另外,项目组提出并验证了基于等离子体、氦清洗等多措施复合的HWR超导腔在线恢复技术,首次在测试平台实现低beta超导腔性能下降的恢复。该方法可将超导腔性能恢复时间从6个月缩短到20天以内。  中科院近代物理研究所王志光牵头的项目组在新科学平台及散裂靶研究方面取得代表性成果。该项目组提出原创概念颗粒流散裂靶,开发出自主知识产权的基于颗粒流靶的ADS设计模拟程序,并建立了国际首台颗粒流散裂靶原理样机,验证了颗粒流散裂靶关键技术。上述研究成果和数据被用于CIADS装置物理方案优化设计、创新性ADS系统—加速器驱动陶瓷快堆(ADCFR)的概念设计。“核废物”处理实现镧锕分离  核能大规模可持续发展是我国的战略需求,“分离—嬗变”先进燃料循环,能从根本上消除放射性的长期危害。镧锕分离(尤其是三价镧锕分离)及三价锕系组内分离对于先进燃料循环的建立具有重要的意义。  在国家自然科学基金重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”的支持下,清华大学陈靖课题组与中科院高能物理研究所、中国工程物理研究院、中国原子能科学研究院、四川大学等多家单位通力合作,在镧锕分离及三价锕系组内分离方面取得了重要突破。  陈靖表示,在湿法分离方面,研究团队主要针对乏燃料后处理中三价镧锕分离及三价锕系组内分离等挑战性问题,基于特定配体及先进功能材料的特异选择性,进一步开发了溶剂萃取或吸附分离技术,实现了对目标元素的高效富集分离。  该研究成果一方面发展了我国具有自主知识产权的Cyanex301分离三价镧锕流程,为该流程的未来应用奠定了基础。另一方面,其建立高效的Am/Cm分离方法,可进一步减少α放射性废物的体积并提高锕系元素的嬗变率,使分离出的锕系元素满足其嬗变的要求,服务于先进核裂变能的燃料增殖与嬗变的总体目标。  在干法分离方面,课题组在LiCl-KCl熔盐体系中成功以形成铝合金的形式实现了锕系与镧系元素的有效分离。  研究人员表示,在传统干法后处理过程中,电精炼环节产生的废盐中含有锕系元素和镧系元素,而且经过累积镧系元素的含量较高,这种情况下锕系元素与镧系元素的分离困难,传统的镉阴极分离效果很难满足实际要求。如果将电精炼产生的废盐直接存储在环境中,则会对环境造成危害。  研究团队发现,铝阴极非常适合在电精炼废盐中分离锕系元素与镧系元素。采用铝阴极将废盐中的锕系元素以合金的形式提取,同时实现与镧系元素的分离,然后再将镧系元素从熔盐中除去,可以纯化熔盐,极大地减小废物体积。  这一方法为我国干法后处理技术的发展奠定了科学基础,为熔盐电精炼流程中如何实现废物的最小化提供了重要的技术支持。  陈靖期待,上述研究成果在大力推动我国核化学与放射化学学科发展的同时,也能进一步将相关技术推向工业化应用。“核燃料包壳管”有了新材料  ADS加速器被世界科学界公认为解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的工具,其所用加速器流强要求很高,尤其对加速器的稳定性要求极高。但是,目前面向核燃料包壳管应用的研究仍然比较薄弱,材料强度降低、热导率下降、密封性差、服役寿命短等是这一领域中最关键的科学问题。  围绕这一难题,在国家自然科学基金重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”的支持下,中科院黄庆课题组带领的研究团队,针对核用连续碳化硅纤维、中间层涂层、复合材料制备与加工技术、辐照损伤与性能预测开展了系统研究,并取得了一系列代表性的成果。  黄庆介绍,研究团队通过分子调控获得低氧含量碳化硅纤维,首次提出含有Al-C化学键结构的高铝(高于1wt%)碳化硅纤维有望形成自主知识产权的核用特种纤维材料。同时,突破了液态超支化聚碳硅烷(LHBPCS)制备技术,其陶瓷化产物接近SiC化学计量比,氧含量低(~0.1%)。  另一方面,传统中间层界面在核能结构材料应用中遇到很大的挑战,其最关键的科学问题是纤维与基体之间的界面层在辐照下体积肿胀失配,从而产生裂纹导致复合材料容错性失效,这是碳化硅纤维增强碳化硅复合材料辐照后强度降低、热导率下降、腐蚀加速和裂变气体溢出的根本原因。  为解决这一问题,研究团队在前期与北京大学薛建明和王宇钢等研究小组系统研发了三元层状MAX相辐照损伤机制和缺陷结构的演变行为,首次提出并实现三元层状MAX相材料作为SiCf/SiC中间层,重离子辐照研究表明该新型中间层具有很好的抗肿胀特性。  ADS核燃料陶瓷包壳管工程应用重大挑战之一是碳化硅复合材料端封问题,研究团队利用Ti-Si-C三元相图控制连接层物相梯度分布,获得高强度、低界面应力、耐辐照和耐腐蚀的可靠连接,实现了TiC/Ti3SiC2全碳化物梯度连接层连接SiC,有效解决了界面热应力问题,所得连接结构的四点弯曲强度高达325MPa。此外,该团队在国际上首次提出碳化硅陶瓷无缝连接解决方案,并研发出系列“可牺牲”型陶瓷焊料实现碳化硅陶瓷及复合材料一体化封接。  随着研究的不断推进及其与有机化学、无机化学、高温熔盐化学、真空镀膜、材料计算等多学科的交叉融合,研究团队不断取得系列突破。该研究方向也入选了中国科协2018年度“重大科学问题与工程技术难题”,并获批国家发改委“十三五”科教基础设施平台项目“新能源技术与材料综合研发平台——碳化硅纤维及复合材料研发及应用平台”。  在研究人员看来,上述系列研究成果有望推动核燃料包壳管的选型和实际应用。  (原载于《中国科学报》2020-01-20第4版自然科学基金)

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  从用火作为照明光源,到爱迪生发明白炽灯,再到以LED为核心器件的半导体照明走进千家万户,照明技术的发展史就是人类文明进步史的缩影。  LED半导体照明光源具有高效节能、绿色环保的显著特点,是全球颇具发展前景的高技术产业之一,也是全球高技术竞争的关键领域。  1月10日,2019年度国家科学技术奖揭晓,“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”获国家科技进步奖一等奖。该项目历时十余年联合技术创新,形成具有我国自主知识产权的高光效、长寿命半导体照明成套技术,关键指标达国际领先。项目成果实现大规模产业化推广,在北京奥运会、“十城万盏”示范工程等重大工程实现示范应用。  照明产业转型升级照明产品更新换代  本世纪初,全球纷纷围绕LED研制制定发展计划。我国在2003年提出发展半导体照明计划,科技部等六部委启动“国家半导体照明工程”;2006年,半导体照明列入“国家中长期科学技术发展规划纲要”;2013年,国务院发布“发展节能环保产业的意见”,大力推动半导体照明产业化。  随着淘汰白炽灯计划实施,LED通用照明市场呈现爆发式增长,但半导体照明产品面临电光转化效率低、长期工作可靠性差、标准缺失等难题。项目主要完成人、中国科学院半导体研究所研究员李晋闽表示,该项目在国家科技计划的持续支持下,历时十余年联合技术创新,率先突破了全链条自主可控的半导体照明关键技术,实现LED芯片大规模产业化。项目成果在北京奥运会、“十城万盏”节能改造、索契冬奥会、俄罗斯世界杯等多场景开展示范应用,通过半导体照明产品大规模推广,为全球可持续发展做出贡献。  自主研制半导体照明芯片,有助于半导体照明终端产品大幅降价和大规模推广应用,带来的经济效益与节能减排效果非常显著。  “十几年前,一个照明光源一百多块钱,现在已经降到一元。从效率来说,LED光源电光转换效率是荧光灯的5倍,白炽灯的20倍。”李晋闽说,目前,我国已有近50%的传统光源被LED产品所取代,每年累计实现节电约2800亿度,相当于3个三峡水利工程的发电量,超过澳大利亚全年用电量。  LED芯片是半导体照明“金字塔的塔尖”,下游封装、模组、应用等链条因为芯片产业化打开了想象空间,形成了外延芯片与国际并跑、应用产品领跑的产业新格局,我国半导体照明成为具有重要国际竞争力的高科技领域。  产学研联合创新加速科研成果产业化  作为项目第一完成单位,中国科学院半导体研究所秉持开放做研发的理念,围绕半导体照明主流关键技术和产业界联合创新。  “基础研究和工程化、产业化是一个链条。”李晋闽介绍说,项目技术推广依托半导体照明联合创新国家重点实验室平台,通过科研单位与行业龙头企业之间密切结合,探索了从基础研究、共性关键技术突破到产业化技术推广的路径,实现了高效LED材料、芯片、封装全链条技术产业化推广与半导体照明核心器件国产化。  据悉,激光诱导光提取技术等多项外延芯片技术率先在三安光电股份有限公司进行推广与量产,通过半导体所的技术辐射,打通产业和科研之间的壁垒,不仅降低了产品成本,提升良品率,还加速形成规模化生产。  “产学研深度结合,LED是很好的案例,获奖项目是产业界和学术界合作的成果。”项目主要完成人,三安光电副董事长、总经理林科闯说,此项目是整个半导体照明产业链的技术攻关突破,所覆盖的面大且深,上中下游企业、政府、科研机构等协同创新合作是必要的,也非常重要。  据悉,三安光电在超高亮度LED外延材料结构、p-GaN的掺杂技术、芯片台面图形和电极图案、芯片的制作工艺、芯片与基底的连接等方面形成了具有自主知识产权的技术。在电极制备、台面刻蚀、衬底减薄及激光划片工艺技术上都已建立了高效低成本的成熟工艺路线。上述研发平台、硬件基础及专有技术为项目的创新做出了贡献。  林科闯表示,为适应半导体照明应用领域多样化发展,三安光电也将继续联合中科院等科研机构,向高端、新兴半导体照明领域加快拓展。  基于照明超越照明光的应用超乎想象  随着半导体照明技术与产业的发展,除在照明方面的应用,新技术与新业态也层出不穷。  李晋闽举例说,采用深紫外LED替代传统汞灯,在消毒杀菌的应用类似于白光LED替代传统光源在照明领域的应用,将形成一个巨大的新兴产业。深紫外LED可广泛应用于水净化、空气净化、生物探测、医疗等民用领域。  李晋闽认为,半导体照明具有较强的延展性,能衍生出更大的发展空间,带动更多领域做大产业规模。展望未来,半导体照明产业正在从最初的技术驱动转变为应用驱动,按需照明、智慧照明、超越照明将是半导体照明产业未来发展的重要趋势。半导体照明将在健康照明、智慧照明以及农业、医疗、通讯等超越照明的技术领域实现更为广泛的应用。  当前,LED半导体照明企业把握自身在产业链中的固有优势,积极拥抱物联网、“互联网+”、5G应用等新技术,朝着产业再定位、再出发、再发展迈进。  据林科闯介绍,三安光电重点关注高端氮化镓LED外延芯片、高端砷化镓LED外延芯片、Mini/MicroLED芯片、车用LED照明等领域。他认为,5G将推动8K显示发展,而8K将带动MiniLED/MicroLED发展。可见光和不可见光的应用场景超乎想象,与显示、智慧城市、环境监控、健康、智能农业等等的结合,将带动下一波照明产业升级。

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