科技前沿探索之旅

    发布时间:2014-06-26 13:25:08责任编辑:fengye点击次数:1207

    前言张爱玲笔下的上海滩裹挟着一群华丽不凡的女子和几段关于爱情的前尘往事,陈丹燕笔下的上海故事里是说不尽的咖啡馆、书店、客厅、玫瑰、婚纱、教堂、墓地以及一条又一条暗藏故事的街道……上海,这座城市的文化如同那道上海色拉,中西合璧,围绕“海派”风格而逐渐形成,是中国本土的江南文化与西方文化相互碰撞并融合的结果。文化与科技是海派文化形成的重要元素,其本身与世界科技发展也有着重要的历史渊源。今天,上海枫叶国际的教师和同学们一起走出校园,师生共同沉浸在这座城市独一无二的海派文化之中,感受现代科技为人类生活带来的无限便利与深刻感动。

        在这次妙不可言的旅程中,我们邂逅了全球首批“3D打印房”在上海的亮相,我们走进中科院上海光机所,参观“神光装置”,深入了解这一为开拓激光科学技术而建立最早、规模最大的专业研究机构。在体会科技给人类文明带来巨大变革的同时,科研人员忘我的工作精神也让全体师生为之动容。作为生活在“海派文化”中的枫叶人,我们感受这座城市的文化和科技发展,我们吸收“海派文化”的精髓所在,我们的成长最终也将回馈给这座城市,这个社会,这个国家乃至整个人类文明。

     

     

     

    科技前沿探索之旅

    上海枫叶国际学校中方教务  郭泳

    2014年523日,上海枫叶国际学校高一年级的叶卓越、周杨洋等五位同学和我一起踏上了一次科技前沿探索之旅。此行我们乘车前往青浦区张江高科园区,参观上海第一批用3D打印机打印出来的房子。当日下午,我们还要在上海光学机密机械研究所参加该所举办的公众开放日活动。每个人对这次旅途都欢欣雀跃,充满期待。

    3D打印的房子坐落在工业区中最受人瞩目之处,这使得我们找到这组建筑不费吹灰之力。看到眼前这拔地而起的十栋房子,无人不为之震撼。3D打印多采用数字技术材料打印机实现,常被用于制造模型,后来逐渐也用于一些产品的直接制造。其原理是使用特殊材料制成的“墨水”通过数字控制精准逐层打印物品,把这种技术运用到建筑领域,这就“打印”出来的房子了。

    走近建筑群,我们发现房子的墙壁是由23厘米厚的水泥一层层堆砌而成,高度不超过两层。全部十栋房子都是通过一台高6.6米、宽10米、长150米的打印机在24小时内打印完成,而后搁置几天即可投入使用。据相关人员告知,目前已经这些房子已经被全部出售,许多社会人士在里面自如办公。通过与这些“最早吃螃蟹的人”交谈,我们了解到3D打印的房子成本要比传统的房子低近一半。而且它使用的材料是通过工业垃圾、尾矿、建筑垃圾中提取回收得来的,真正做到了节约资源。这让大家对3D打印技术愈发感到不可思议,现在科学的进步真是超越了寻常人的想象。

    通过叶卓越同学的细心观察指出,我们发现这些房子的墙壁上不光是一层层的水泥,还能看到一些铁丝网,而且是每隔五层就会发现有一些铁丝网。叶同学认为这些铁丝网是每五层就横铺在墙体上面,用以增加墙壁的牢固性。

    参观打印房子的成品只能带我们追踪到3D打印技术的蛛丝马迹,如果能现场观察整个房子打印过程,那才真的过瘾。随行的同学也都不时的发出类似的感叹。然而,3D房子打印技术是涉及到商业机密的,普通人很难有机会亲眼看到打印全过程。万科集团老总要想在三年内打印出万科自己的房子,就必须逐一攻克各种技术关卡。

    下午三点,我们来到位于嘉定区清河路鼎鼎有名的上海光机所,认真听取光机所齐教授所做的关于激光科普的报告。齐教授深入浅出地给我们讲解了光学方面的各种知识,他与现场光机所研究员们的小家属的互动更是给整个会场增添了欢乐的气氛。接下来便是此行最吸引人的环节——“神光装置”参观之旅。令人遗憾的是,由于涉及到国家机密,我们被告知在相关实验室内严禁拍照,但是我们也没有放过任何机会向光机所的研究人员讨教相关的知识和问题,同学们认真好学的态度也深深感染了研究人员。

    神光装置是我国自行研制的高性能高功率钕玻璃激光装置,现在已经发展到神光Ⅱ阶段。神光Ⅱ装置建于上个世纪90年代,它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位,2000年运行以来性能稳定,光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当,具备了高水平运行的综合技术能力。总的来说,上海光机所的“神光装置”是通过钕玻璃发射出八条激光,再将这八条激光不断增强、再汇聚到一点,最后“点火”热核聚变反应的一个装置,即其最终目标是实现激光受控热核聚变点火

    周杨洋同学对这一领域的知识尤其感兴趣,参观过程中一直与带队的李博士聊着,在看到装置的激光增强部分时,我有点不理解激光“增强”意味着什么,我问道:“是不是意味着激光的速度变得更快了?”没等李博士开口,周同学就解释起来:“不是,光速是不变的,增强是指光所携带的能量变大了。”见我还是一副不理解的表情,他继续说,“就像老师你在操场上来回跑步,你每跑到终点一次就吃一个鸡腿。”我貌似懂了,然后开玩笑说,“吃那么多鸡腿我肯定跑不动了。”随行的人员都笑了起来,李博士也用赞赏的眼光看着周同学。

    不光是上海有神光装置,四川绵阳也有,美国欧洲也有,其他地方的神光装置发射的激光条数更多,有发射几十条的,有发射几百条的,但是李博士跟我们说,虽然神光装置已经研究有十几年了,但是要实现其终极目标依然是有点“共产主义”的味道。这个观点也不难理解,核反应所释放的能量是巨大的,如果真的有朝一日实现了核反应能量的控制甚至是捕捉,那么人类就将拥有取之不尽的能源,那真的是一个现在无法想象的情景。

    我们从“神光装置”实验室里走出来,已经是一个多小时以后。沿途我发现有一些研究人员的眼睛很不对劲,貌似比一般人的要突出,而且貌似还有点左右不对称。于是我把这个疑问提出来,李博士解释说:“这样跟你说吧,我们所里研究员的眼睛晶状体浑浊出现的时间要比一般的人平均早15年。”同学们听着反应也很大,都接着问道:“他们工作的时候不是会戴防护眼镜的吗?”李博士继续解释道:“防护是有的,但不是绝对的,而且你除了要在实验室操控机器之外,也需要记录、观察、阅读,很多时候防护工作做不到那么天衣无缝。”大家听到这里都安静下来,陷入了沉思。全场每一个参观者都对这里的工作人员生出由衷崇敬之情。长久地坚持在这样的科学前线,长久献身于这样的工作岗位,光凭科研人员对这一领域的浓厚兴趣恐怕远远不够,还需要他们义无反顾为科学献身的决绝,更需要他们无私忘我的伟大情怀。这真不容易,同学们的脸上也是一脸严肃。

    下午5点左右,跟李博士告别之后,我们恋恋不舍地离开了光机所,校车在嘉定区的绿树林荫之中穿梭,傍晚的清风吹过面庞,这种爽快的感觉让我充实的内心被进一步洗涤,这趟科学探索之旅给我们带来了一次又一次的震撼。它使得我们走出了校园,深入现代都市与科技文明,进一步感受到了“海派文化”的最重要组成部分。一整天充实的旅途给我们未来的枫叶生涯增添了更多的期待和更美的梦想,这对于我和学生来说都是人生中一次特别的体验!

     

     

     

    科技昌明  人类进步

    周四晚上,郭泳老师把我们几个叫到办公室,说是明天要带我们去参观中国首套3D打印的房子(这可是能住的房子哦……)。首先,郭老师让我们在网上看了与3D打印房有关的资料以及视频,一系列神奇的视觉刺激让我们对参观对象充满好奇,而且根据视频内容来看,这十栋房子一共只花了一天的时间就被打印出来了,想想看只花一天的时间十栋房子便“无中生有”,真是让人惊叹的效率啊!而且这种房子还十分节省建筑材料,把其他建筑的种种剩余材料和在一起经过一些特殊加工就能得到3D打印房的打印“墨水”,同时基本上不会产生建筑垃圾。这种技术如果被证明是很可靠的,能够得到长足的发展的话,对于人类以及我们的周边环境都是极大的福音。

    第二天,我们满怀期待,经过几个小时的车程,来到了青浦区科技园。当我们远远地看到这组“打印”出来的房子时,第一印象便觉得它们十分普通,不免失落。然而,当我们走进去后才发现这个房子是用水泥一层又一层地“打”上去的,顿时心中一震。我还注意到每打几层就会在上面盖一层网,这应该是为了增加整座房子的牢固性。同时,我们也发现建筑中的一些问题,因为房子是打印出来的,虽然速度快无废料,但是墙面是由水泥一层一层地堆砌而来,显得凹凸不平,十分不美观。而且有的墙面还会出现小小的裂痕,让人感觉不是那么的坚固。但我相信我们的科研人员很快便会改善这项技术,而我们的成才也是为了科技的进步储备力量。

    下午吃过午饭,我们来到了上海光学精密机械研究所,这里一年只对外开放一次,内部的工作者都是具有高学历的技术科研人才。我们首先听了一场讲座,主要内容是比较基础,似乎就是我们初中学过的光学知识。听完科普讲座之后,重头戏来了。我们在李博士的带领下去参观处于世界领先水平的中国“神光装置”。进入实验室,李博士给我们讲述了很多我们从来没有听说过的知识,什么粒子特性、钕玻璃,我们听得似懂非懂,但我还是明白了“神光装置”的用途。神光装置其实就是先架起很多个给光束增加能量的通道,然后通过钕玻璃打出八束激光,然后这些激光无数次往返于通道,一次比一次携带更多的能量,最后得到增强的八束激光汇聚到一点,与最终汇集点的容器里的物质发生核聚变反应从而产生巨大能量。就像核电站发电的来源是核裂变。不过最让我印象深刻的还是这些科研人员们,他们用一生的时间和精力,只是为了寻找一块合适的材料,为了完善一个项目。特别是听李博士说,在光机所上班的工作人员的晶状体浑浊化平均要比一般人来得早15年。这让我们在为之感动的同时由衷敬佩。他们为了中国科学事业的发展,不仅奉献出了自己的时间,也奉献出了自己的健康甚至生命,这种精神才是我此行最大的收获。

    ——上海枫叶国际学校10-4  叶卓越

     

    5月23日一早,我们随着老师的带领来到了位于上海市青浦区的“3D打印房子”建设用地,也许是我们都不太相信打印机能打印出房子的缘故,当我们看到这些被打印出的房子时都小愣了一会儿,谁也不相信这些房子真是被打印机一层一层打印出来的。好奇的我们顿时被一堆关于这些房子的疑问所包围。经过仔细的询问调查,我们得知,不管相信与否,这些房子可都是用一些废弃的建筑材料再加上一些化学成分所合成的特殊“墨水”给打印出来的,据说打印这些房子的打印机高达10米,长达100多米。打印房子的外壁是一层一层水泥叠起来的,就好像是面包店里的土司切片的侧面。当地的工作人员说这些房子的成本大约是8-9万元,也就是说作为现代建筑来制造的话会节约很大一部分成本。现今人们的生活需求越来越大,世界人口也在不断增加,这种打印出的房子虽然只是停留在初级阶段,但是日后肯定会成为新时代房屋的代表。

    参观完了“3D打印房子”后,大家都还没有从震惊中回过神来,老师又带着我们去了另一个科学圣地,也就是中国最前沿的科学技术基地之一——隶属上海中科院的上海光学精密机械研究所。我们重点参观了光机所里面的“强场激光物理国家重点实验室”,因为这里坐落着世界上最先进最前沿的“神光装置”Ⅱ号。神光计划是属于国家级的建设项目,国家对此十分重视,平常是根本不对外开放的。“神光装置”Ⅱ号有8路激光,还包括很多条给激光加速的轨道,其中给激光加速的材料是由钕玻璃构成的,这种材料的价格极其昂贵。“神光装置”Ⅱ号的作用是控制和利用核聚变释放能量,为人类提供新的能源动力。

    这次参观令我感触万分,我意识到了我们中华民族正在不断崛起。虽然我们以后很可能会出国深造,但是中华民族的荣耀永远在我们心中烙下印记。作为一名枫叶学子,我们更应该为了中华之崛起而读书,为国家的荣誉增砖加瓦。

    ——上海枫叶国际学校10-2  高杉

     

    5月23日,我和四位同学在老师的带领一起去市区参观3D打印房子和强场激光物理国家实验室。打印,听到这个词脑海中迅速浮现的便是纸。在来到3D打印房子工地之前,我根本不相信房子能被打印出来。3D打印机是将工业废渣回收利用成打印房子的水泥,也就是“墨水”,因此墙壁表面因为水泥的一层层叠加而像波浪一样,跟其他房子的光滑表面相比很不一样。而且在一天内就建成了这些小房子,再经过几天的搁置保养就可以往里面住人了,这实在是一件神奇的事情。这样的房子既环保又有着独特的外观,尽管其质量目前还在检测中,但是其他的一切足以让人心动万分。同时,它们相对于上海市区的普通房屋来说,可谓是物美价廉。让人可惜的是,整套房子的打印过程属于商业机密,一般人是无法轻易看到的。

    下午,我们去了强场激光物理国家实验室进行参观。“神光装置”,这是一个媲美“二弹一氢”的伟大发明,它可以将核聚变所产生的能量储存起来,然后可以用于别处。现在我们已经有“神光二号”了,拥有比之前的“神光一号”更好的性能。在实验室工作的李博士的讲解更是在我们面前打开了一个我们从未见过的领域,让我们知道了研究员们的辛苦。短短几年的高中生活便让很多人叫苦不迭,却不曾想过一群研究人员为了寻找一种极为普通的元素用了18年。他们的精神让我进一步体会到做人应该乐观地面对生活,尽管有再大的风雨也永不放弃,为自己的理想去乘风破浪。

    ——上海枫叶国际学校10-2  李硕

     

    5月23日,我们去青浦区工业园参观了一组神奇的建筑——3D打印房子。说到3D大家必定会想到3D电影、3D游戏,可是在如今科技发达的世界,这些3D技术早已满足不了人类的需求,如今的科技前沿是3D打印房子技术。在20132月,英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室首次提出了3D打印房屋概念,并表示首个建筑模型将于2013年夏天建造出来。那么3D打印到底是什么呢?其实原理也很简单,就是使用特殊材料做成的“墨水”精准逐层打印物品,把这种技术运用到建筑房子领域,就是3D打印房子了。3D打印不仅是一种全新的建筑方式,更是一种颠覆传统的建筑模式。它能大大降低建造成本,造出普通百姓都能住得起的房子。3D打印最大的亮点,就是环保,因为油墨来自建筑垃圾,同时让新建建筑不会产出新的垃圾。所以今后建筑过程将大大降低扬尘和污染,建筑工地不会再是一片狼藉,城市空气质量也会得到改善。当然更引人入目的是3D打印的价格优势。据测算,打印能使建筑能耗从70%降低到30%以下,让建筑成本降低50%,让更多人住得起房子。所以我们可以预测,环保、快速、经济的住房时代即将到来。
      
    下午我们去了位于嘉定的中国科学院精密机械研究所(简称中科院上海光机所),这是我国开拓激光科学技术而建立最早、规模最大的专业研究所,成立于1964年,在那里参观了国家的实验室和设备,我们首先听了一场小型讲座,了解了光和光的特性,然后我们参观了一种小型的激光-532激光(单位纳米),这是一种通过钕玻璃然后进行压缩之后的可见光,通过讲解我知道了激光是有指纹效应的,简单的说就是可以通过激光来检测物质是由什么构成的,也就是医院里普遍使用的核磁共振。  

    之后我们又参观了神光装置,神光装置建于上个世纪90年代,是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置。它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位,2000年运行以来性能稳定,光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当,具备了高水平运行的综合技术能力。这是一种惯性约束核聚变激光驱动装置,也就是把强大的激光束聚焦到热核材料制成的微型靶丸上,在瞬间产生极高的高温和极大的压力,完成全部核反应。整个过程是这样的:先用半导体等设备产生第一束光然后经过钕玻璃分成多束光,之后再给光施加能量,等多次反复之后将光汇聚成8束集中加热反应炉,实现内核聚变反应,即发生在太阳上的轻核聚变。现在我们已经实现了不可控的热核反应,即氢弹爆炸。如果要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。因此。为了人类的未来,这些伟大的科学家们仍就在坚持不断地努力工作,为了工作照顾不到家人甚至牺牲自己的健康,在此我由衷地感谢他们。

    ——上海枫叶国际学校10-3  周杨洋