在不久前召开的上海科学技术奖励大会上,中国科学院上海光学精密机械研究所的“大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”独揽上海市技术发明特等奖。而这块神奇玻璃的生产线,就建在嘉定工业区的中科神光产业园内。这块玻璃的研制凝聚了半个世纪上海光机所三代人的心血,一片的价值相当于一辆奥迪轿车,它究竟有何过人之处,为何独得上海市技术发明特等奖?
激光钕玻璃是一种含有稀土发光离子——钕离子的特殊玻璃,它可以在“种子光”激发下产生激光或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,是目前人类所知地球上能够输出最大能量的激光工作介质。在被称为地球上的“小太阳”的激光惯性约束聚变(简称ICF)装置中,激光钕玻璃一直发挥着不可替代的作用。
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中国钕玻璃的成功产业化源自深厚的历史积淀。早在1964年,上海光学精密机械研究所就开始从事激光钕玻璃的研发工作,长期以来形成了一支包括基础研究、工艺技术、装备研发和检测技术研发在内的激光钕玻璃综合研发队伍。1982年研发了N21磷酸盐钕玻璃、1995年完成了N31型磷酸盐钕玻璃。然而中国掌握的单片钕玻璃熔炼技术,生产一片钕玻璃需要一天的时间,而美国的连续熔炼技术生产一片钕玻璃只要三到四个小时,国内不仅生产效率低,产品参数也无法做到一致性。
2002年起,激光钕玻璃研发技术进入了快车道。上海光机所激光钕玻璃团队经过十多年的持续攻关,实现了涵盖大尺寸激光钕玻璃连续熔炼、包边和高精度精测等三项核心技术的发明,自主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。
2012年,位于嘉定工业区的中科神光产业园正式启用,光机所基于前期自主研发的三大核心技术,在嘉定工业区设计和搭建了国内首条大尺寸磷酸盐激光钕玻璃连续熔炼批量制造线。从实验室到中试线,又是一个艰难的过程。批量化稳定生产钕玻璃遇到了很多实际问题,钕玻璃一共有28项技术指标,包括无铂颗粒和夹杂物,无气泡、储水值等。
钕玻璃项目第二完成人、上海光机所高级工程师陈树彬介绍:“为了防止熔炼的干锅中有有害杂质损害钕玻璃的成分,我们光是在国内寻找各种铂金干锅就花了两到三年的时间,不停地寻找各种材料和工艺的干锅,不断地试验,直到找到最合适的干锅。这条生产线的搭建要同时满足生产大尺寸钕玻璃、提高稳定性和降低成本三大要求。”
中试线的开启也意味着,整个团队没有了节假日和休息时间,因为生产设备必须处于24小时不停歇的状态,一旦停下来,设备冷却后就会爆裂报废。6年来,团队人员轮流上岗,只能保证吃饭和睡觉的时间。科研人员错失了无数个与家人团聚的时光,换来了国家科技的进步与荣耀。光机所批量制造的钕玻璃尺寸达到810×460×40立方毫米,全部指标满足ICF装置的技术要求,已为神光系列等装置提供1100余片大尺寸钕玻璃,是目前国内唯一能年产1200片大尺寸激光钕玻璃的单位。