科普知识“围剿”雾霾,这项技术从源头突击

        “珍爱生命,远离雾霾”这句话,被提及的频次越来越低,这得益于全国各地多种举措对雾霾的“围剿”。浙江大学能源清洁利用国家重点实验室高翔教授领衔,与浙江省能源集团有限公司等单位合作的“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”项目通过对发电厂燃煤机组排放多种污染物的高效治理,实现了主要致霾污染物的超低排放。        1月8日,在北京举行国家科技奖励大会上,该技术被评选为2017年度国家技术发明奖一等奖。        中国是世界第一大煤炭消费国,2013年消费煤炭36.1亿吨,占全球一半以上。燃煤是造成灰霾的重要原因之一,全国用煤企业密集分布区域也是雾霾高发地区。        解决雾霾问题,英美等国有过“煤改气”的治霾经验。中国已开始对燃煤小锅炉实施“煤改气”工程,但资源短缺和成本过高令我国燃煤电厂难以大规模实施“煤改气”。发展燃煤电厂超低排放技术具有重要意义,已成为国家战略需求。        “减轻灰霾,研发使燃煤变得更清洁的技术至关重要。”高翔表示,要通过燃煤机组超低排放技术,来推动能源行业的绿色发展,让大家重新认识煤电。        高翔团队经过20多年的努力,在NOX、PM、SO2、Hg、SO3等多污染物高效脱除与协同控制技术研究等方面取得突破,研发了高效率、高可靠、高适应、低成本的多污染物高效协同脱除超低排放系统。        该技术解决了复杂煤质和复杂工况下烟气多污染物超低排放难题,让燃煤变得更加清洁。如针对细颗粒物在烟气中脱除效率低的问题,采用温—湿系统调控强化了多场协同下细颗粒物和SO3的控制脱除,提升了颗粒的捕集效率;针对催化剂中毒失活、低温活性差等问题,通过多活性中心催化剂的配方研发,在多个活性位点的“团结协作”下,提高了催化剂的抗中毒、低温活性、协同氧化汞等性能,实现了复杂煤质及低负荷运行等恶劣工况下氮氧化物的高效脱除,有效控制了汞的排放;针对废旧催化剂的处置问题,采用活性组分分次可控负载等方法,可使废催化剂活性恢复到新鲜催化剂的水平,实现了废旧催化剂的循环利用及功能化改性等。        2013年,浙能集团下属嘉华电厂1000MW燃煤机组开始试点运用该技术,实施了燃煤机组超低排放工程。经测试,改造后的燃煤发电厂主要烟气污染物排放值远低于燃煤电厂超低排放限值。SO2、NOX和颗粒物的超低排放限值分别比国家排放标准降低了83%、50%和67%。        高翔介绍,超低排放技术提升了燃煤污染治理技术和装备水平,推动和支撑了国家超低排放战略实施。        雾霾是综合因素造成的,仅发电行业实现超低排放,无法彻底消除雾霾。高翔表示,下一步将推动非电行业多污染物超低排放关键技术发展。

科普知识复合材料构件高质加工“卡脖子”难题攻克了

        “使用碳纤维增强树脂基复合材料后,某大型客机的翼盒紧固孔可从3万多个减至1万余个,减重可达15%。”大连理工大学长江学者特聘教授贾振元说,利用轻质、高强的碳纤维复合材料减重增效,对航空、航天、交通等领域高端装备的发展意义重大。        然而,碳纤维复合材料是典型难加工材料,加工时极易产生不可控的损伤,导致性能难以保证且会危及安全。        由大连理工大学贾振元领衔完成的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”,从源头上一举攻克高性能复材构件低损伤数字化加工“卡脖子”难题,荣获2017年度国家技术发明奖一等奖。        “当时的难点在于弄清楚问题是怎么产生的,因为影响碳纤维复材去除过程的因素复杂,加工损伤的产生随机且不可控。”项目第三完成人、大连理工大学教授王福吉说,沿用传统金属等均质材料切削理论,加工碳纤维复合材料时损伤严重、质量差,难以满足复材构件的高性能要求。        作为团队领军人,贾振元拍板定调,“必须突破传统金属等均质材料切削理论体系的束缚,建立一个适应碳纤维复合材料加工的新理论体系。”        要建立理论体系,谈何容易?成百上千次实验后,团队揭开了碳纤维复材去除机理和加工损伤形成机制,当力小且集中时,纤维易剪断且损伤小。通俗来说,10微米和30微米的切深相比,前者的小切深可减少纤维界面的开裂;而当刀具圆弧半径小于纤维半径时,纤维更容易被剪断而不是折断……        “搞科研一定要服务于国家重大需求,高校要解决企业、行业‘卡脖子’的问题,形成基础研究、应用基础研究、技术开发、产品研制一条链的创新体系。”贾振元说,十几年来,团队在摸清机理后,建立了适应碳纤维复合材料加工的新理论体系,通过开发工具和设计工艺的调整,实现了碳纤维复材的低损伤加工。        当贾振元团队在基础理论研究领域斩获成果后,再回头进行应用实践研究,就显得游刃有余了。之后,相继发明三类9个系列的制孔、铣削等刀具,不仅寿命高于进口刀具2—7倍,价格仅为其1/6—1/4;研发出13台套数控加工工艺装备,填补国内空白,成为我国航空航天多个重点型号复合材料关键构件加工的唯一装备。        自2010年起,该项目新研制的技术装备和刀具开始应用,使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减至0.1毫米内,实现了从无法加工或手工加工到低损伤数字化加工的跨越,加工技术进入国际领先水平。        如今,在航天一院、三院、中航工业和商飞等企业中,都有他们的成果应用。某新型航天装备舱段、某系列直升机旋翼、大型客机复材机翼试验件……这些关键构件的加工难题,都被贾振元团队一一攻破,为国家重点型号研制、定型及批量生产作出重要贡献,提升了高端装备的性能和核心竞争力。

科普知识6岁是人类情感和认知发展重要阶段

        英国《自然·人类行为》杂志近日在线发表的一篇论文报道显示,6岁是人类情感和认知发展的重要阶段。实验中的黑猩猩和6岁儿童都希望看到“善有善报、恶有恶报”,即使他们必须为此付出代价。该发现为通过同伴惩罚来巩固社会规范和确保协作的行为演化过程,提供了新见解。        此前的研究表明,当人类和某些动物物种看到其它个体被伤害时,会感受到移情的悲痛和担忧。但同时,研究也显示,如果是成年人看到有人因为反社会行为受到相应惩罚时,就会体验到愉悦之感。这其间的差别一直令科学家们感到不解。        此次,德国马克斯·普朗克人类认知和脑科学研究所的科学家们设计了一项新实验,测试人类是在哪个年龄阶段形成的希望看到他人受惩罚的动机,以及同样的动机是否也存在于我们的近亲——黑猩猩中。参与者分别与两个角色接触,一个同他们分享食物或玩具(亲社会),另一个独占食物和玩具(反社会)。这两个角色接着受到体罚,参与者可以选择付出一定成本(对儿童来说,是贴纸;对黑猩猩来说,是体力)来观看体罚过程。团队发现,黑猩猩和6岁的儿童更希望看到反社会的人而不是亲社会的人受到惩罚,这一点在4岁和5岁儿童身上均未体现。        这些发现证明,6岁正是人类情感和认知发展过程中的重要阶段,这时候,儿童开始愿意为伸张正义而牺牲自己的资源。黑猩猩身上同样存在看到公正的惩罚得到实施的个体动机,这一点或表明这种维持公平协作的策略有深远的进化根源。

科普知识土星环很年轻

        土星的光环似乎是太阳系中永久的固定装置,激发了诗人和科学家的想象力。但是美国宇航局(NASA)的卡西尼号探测器今年在其最后几个月的观测中发现,这些光环可能出人意料的年轻——直到几亿年前,它们还不存在。研究人员在日前于路易斯安那州新奥尔良市召开的美国地球物理联合会(AGU)的一次会议上报告了这一研究成果。        研究表明,土星在生命中相对较晚的时间才获得了自己的“宝石”。如果有任何天文学家在地球上的恐龙时代凝视天空,他们可能会看到一颗裸露而乏味的土星。        就在那时,一场巨大的灾难袭击了这颗气态巨行星。或许是一颗流浪的彗星或小行星撞击了一颗冰冻的卫星,随后把它的残余物抛到了轨道上。又或者是土星卫星的轨道不知出于什么原因移动了,由此产生的引力牵引将一颗卫星撕得粉碎。        加利福尼亚州山景城NASA艾姆斯研究中心行星环专家JeffCuzzi表示,无论它是怎么发生的,来自卡西尼号探测器的两组新证据清楚地表明,与科学家长期以来相信的那样不同的是,土星环在距今45亿年前的早期太阳系中是不存在的。“它排除了原生土星环的故事。”Cuzzi说,“这就是它现在的样子。”        第一组证据来自于土星环的质量。多年来,许多科学家倾向于土星环具有巨大的质量,甚至比土星的卫星土卫一更重,这主要缘于土星的主环——B环不透明、稠密的外观。只有数十亿年前才有足够的物质用来形成一个巨大质量的土星环——当时的早期太阳系中充满了小行星体。        但是现在,在卡西尼号探测器撞向土星大气层之前的最后22次飞行中,有5次搜集的数据使得B环的质量成为了焦点。意大利罗马萨皮恩扎大学行星科学家LucianoIess于12月12日在AGU会议上宣布了这一消息。Iess是卡西尼号探测器无线电实验小组的负责人,该小组利用探测器无线电信号中微小的多普勒频移确定其所环绕的物体的质量。        随着卡西尼号探测器在最后一段时间开始穿过土星和土星环之间的空隙,该团队就可以分辨出土星环的引力,并由此获得它们的质量。Iess说:“核心值是0.4个土卫一的质量。”如果把质量与年龄联系起来的理论是正确的,他补充道,“这是一个清晰的迹象,表明土星环与土星并不是一起形成的。”        这一结论得到了另一组证据的支持,后者在当地时间本周三举行的会议上公布。一场持续不断的黑色微小陨石雨从太阳系的边缘落入土星,据估计,随着时间的推移,这将会使土星环中的原始水冰变暗。它们多久会变黑取决于撞击的频率,这是无法确定的。经过12年的艰苦测量与分析,卡西尼号探测器上装载的宇宙尘埃分析器确定了微小陨石的流量,结果表明它“不符合一个古老环的特征”,即将发布新成果的博尔德市科罗拉多大学空间物理学家SaschaKempf说。        这种流量比卡西尼号之前的估计高了大约10倍,它表明土星环的年龄大约在1.5亿年到3亿年之间,甚至更年轻。“我们的测量方法是最直接的方法。”Kempf补充说,“你已经无法做得更多。它必须是年轻的。”        科罗拉多大学行星科学家LarryEsposito说,总的来看,这两项结果对年轻的土星环来说是一个令人信服的例子。“长期以来一直认为土星环非常古老。”他说,“卡西尼号的这两个研究成果确实有力地证明了这些环是年轻的,可能在2亿年左右。”        今年9月15日凌晨4时55分,卡西尼号探测器在土星的大气层中解体,这样做是为了防止探测器污染土星的卫星,包括土卫六和土卫二,这些卫星上可能存在生命迹象。卡西尼号探测器1997年10月15日发射升空,沿途造访过金星、地球、月球、小行星和木星,并于2004年抵达环土星轨道。近20年间,卡西尼探测任务大幅刷新了人类对土星的认识,包括它的复杂光环、类型多样的卫星体以及磁场环境等。它曾获得一系列重大发现,如土卫二存在全球性海洋、土卫六上存在液态甲烷海洋、在土卫二喷出的羽流中探测到氢等。        与土星相伴的13年间,卡西尼号探测器曾发回大量数据资料,仅图像就差不多40万张。科学家依据这些信息,已发表了约4000篇科学论文。NASA还依据这些信息设计了前往木卫二的探测计划,以及未来十年间的其他太空探测项目。尽管卡西尼号探测器已经结束了自己的使命,但科学家表示未来仍有可能带来重大发现,例如,来自探测器的数据将有助于确定土星环的实际年龄及其磁场的持久性。

科普知识我国造出世界最快无人艇

        科技日报湛江12月14日电(记者高博)中国造出了世界上最快的无人艇,这是记者14日在广东湛江开幕的第五届中国海洋经济博览会上获悉的。        无人快艇“天行一号”2017年9月问世,最高航速超过50节(每小时92.6公里),由哈尔滨工程大学和深圳海斯比船艇公司联合研制。它全长12.2米,满载排水量7.5吨,是油电混合动力。海斯比是中国最大的公务快艇厂商。目前,“天行一号”已交付。        去年英国军方曾公开了航速超50节的、长度为10米的无人侦察快艇。海斯比公司表示,根据其掌握的资料,中国的无人艇是最快的。有人快艇速度可达70节,但高速航行需要驾驶员经验丰富,且大风浪和障碍物增加了危险,这是无人快艇面对的难题。        “这也是哈尔滨工程大学的863计划项目,我们合作研发了不少型号。‘天行一号’是最快的。同类型快艇已经造出了10艘。”海斯比公司的黄卓告诉记者,“海上执法和海军缺乏人力,有些工作可由无人艇来干,危险情况也可以使用。”        “即使别人拿到我们的图纸,也造不出来。”海斯比公司一位工程师说,行业诀窍确保“天行一号”成功。        广东省政府和国家海洋局主办的中国海洋经济博览会被称为“中国海洋第一展”,14日展出不少装备。如云洲智能公司的无人艇L30A,可搭载反舰导弹雷达诱饵模块,伴随母舰航行,干扰来袭导弹。2016年它已3次参加海军实弹演习,经过检验。除了电子干扰设备,L30A也可搭载光电监视系统和12.7毫米自动武器站。作为巡逻艇,它能够跟踪、驱离和拦截目标。云洲另一款隐身侦测无人艇,多次随国家海洋局赴南海调查。据悉,云洲还将推出500吨的无人货船。