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华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇,年轻学者

时间:2019-12-28 10:12来源:数理科学
华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇“拦路虎” 从0到1:年轻学者冲刺高校“科技力” 费曼(Richard Feynman,1918 年5 月11 日—1988 年2 月15日),著名物理学家,1965 年诺贝尔物理学奖获得
华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇“拦路虎”
从0到1:年轻学者冲刺高校“科技力”

费曼(Richard Feynman,1918 年5 月11 日—1988 年2 月15 日),著名物理学家,1965 年诺贝尔物理学奖获得者,公认的物理学天才。2018 年是费曼诞辰100周年,也是他逝世30周年。

目前市场上出现防盗门镜,正看和倒看的效果迥然不同,而此种门镜的光学原理,均在中学物理的范围之内,且为透镜成像应用的实例.现把门镜的作用及其成像的光学原理简述如下. 一、门镜的作用从室内通过门镜向外看,能看清门外视场角约为120度范围内的所有景象,而从门外通过门镜却无法看到室内的任何东西.若在公房或私寓等处的大门上,装上此镜,对于家庭的防盗和安全,能发挥一定的作用. 二、门镜成像的光学原理门镜是由两块透镜组合而成.当我们从门内向外看时,物镜L1是凹透镜,目镜L2是凸透镜.物镜L1的焦距极短,它将室外的人或物AB成一缩得很小的正立虚像A′B′,此像正好落在目镜L2的第一焦点之内,L2起着放大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像A〃B〃,此像恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清楚了.那么,同样通过此门镜,为什么从门外向里看时,却什么也见不着呢?在倒看时,L1变成了目镜,L2则成了物镜,室内的景物AB,通过会聚透镜L2后的折射光束本应生成倒立的实像A′B′,但在尚未成像之前就落到发散透镜L1上,由于L1的焦距极短,最后得到的正立虚像A〃B〃距目镜L1很近,只有2~3cm,又由于门镜的孔径很小,室外的人不得不贴近目镜L1察看,这样,人眼与像A〃B〃之间的距离,也只不过2~3cm,这个距离远小于正常人眼的近点,因此,对于室外的窥视者,室内的一切当然也就“视而不见”了.(近点是人眼能够看清楚物体的最小距离.近点距离随年龄的增长而增大,正常青年人的近点约10cm,但正常人到50岁时,近点大致为40cm.) 三、门镜成像的有关估算此门镜的凹透镜L1的焦距约为1cm,凸透镜L2的焦距约为3.5cm,两透镜间的距离约为2.1cm(与门厚大致相等,但两镜间距离可适当调节).1.正看时的成像计算如图1所示,假定门外的人AB距物镜L1为1m,即物距为100cm,焦距为-1.0cm,根据透镜成像公式可求出A′B′的像距v1. =1/-1.0得v1=-0.69对于凸透镜L2来说,虚像A′B′成了目镜L2的实物,物距为0.99cm 2.1cm=0.39cm.由于此物距小于L2的焦距3.5cm,A′B′落在L2的焦点之内.再次运用成像公式,求出A〃B〃的像距v2.+=1/3.5得v2=-26.4这说明,像A〃B〃是虚像,且正好成在正常人眼的明视距离附近.因此,室内的人不用开门,就能洞察门外的动态.我们还可估算出现像的大小,L1成像的放大率m1=-0.99/100,L2成像的放大率m2=-26.4/3.09.故像A〃B〃总的放大率为m=m1m2=26.14/309≈1/12,像比实物小.2.倒看时的成像估算如图2所示,假定室内的人或物AB与凸透镜L2亦相距1m,运用透镜成像公式得 =1/3.5解之得v3=3.6即像A′B′距L2为3.6cm,距L1则为1.5cm,由于此像在未成之前已被凹透镜发散.因此,对于凹透镜L1来说,A′B′是虚物,物距为-1.5cm.再次运用成像公式得 =1/-1.0解之得v4=-3.0这说明,最后所成之像A〃B〃是个虚像,成在目镜L1的右侧3cm.那么离室外观察的人眼也差不多只有3cm左右,远小于人眼的近点,因此,从室外通过门镜看室内,只能是“窥”而不可见,图谋不轨者只能“望门兴叹”!

烧煤也能达到烧天然气排放标准,这是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室张军营团队在燃煤超低排放技术领域取得的重大进展,目前已在多地转化应用,PM2.5细颗粒减排等环保与经济效益明显。

“在所有令人心碎的劳作中,开道是最糟的。”科研,算是“开道”中最富挑战性的一种脑力劳作。尤其在未知之地,你可能不知道下一秒钟,自己的脚会在何处,将会踏向何方。

费曼很小的时候,就对世界充满了好奇,尤其喜欢动手,搞搞化学实验、修修收音机什么的,成年以后还经常做些开密码锁、敲邦戈鼓和学素描画之类的事情。中学时他就表现出数学方面的天赋,在麻省理工学院上大学时,获得过普特南数学竞赛第一名。但他更喜欢物理,在大学主修的也是物理学,还研读过狄拉克的《量子力学原理》。

专家研究表明,这项团聚强化除尘新技术对燃煤电厂进行超低排放改造,如果在全国火电机组均安装,按三氧化硫的脱除率提高60%计算,可以使三氧化硫排放量减少43.16万吨/年。相关研究成果,近日在权威学术期刊《中国电机工程学报》刊发。

然而在高校中,有这么一群人,他们生龙活虎、似初生牛犊,活跃在大大小小的科研项目中,沉迷于形形色色的实验中。更重要的是,在大国重器研制过程方方面面的实验中都有他们的身影,国内年度重大科技/科学进展他们榜上有名,国际顶级期刊上他们也能占据“一文之地”。他们,既有高校中的90后博士生、硕士生,也有95后00后的本科生。

在普林斯顿大学获得博士学位以前,费曼就开始参与研制原子弹的“曼哈顿计划”。1943 年,他到了洛斯·阿拉莫斯,成为原子弹计划理论部门的一名小组长,主要负责数值计算工作。第二次世界大战结束后,费曼重返学术界,先是在康奈尔大学待了几年,1951 年开始在加州理工学院工作,直到1988 年去世。

业内专家表示,我国燃煤超低排放技术已达到国际先进水平,在我国“富煤贫油少气”能源结构背景下,煤炭清洁化利用任重道远。打赢防治污染攻坚战和蓝天保卫战,急需加快研发与及时推广燃煤超低排放新兴技术。

在各自导师的指导下,他们已成为科研项目中的生力军,是正在蓄力的科技“原动力”。“要进一步加强高校‘从0到1’基础研究,往最高处定目标,攀登基础研究的珠穆朗玛峰。”教育部部长陈宝生在教育部、科技部共同加强“从0到1”基础研究高校座谈会上曾这样说。

费曼是独辟蹊径的理论物理学家。他发明了量子力学里的路径积分和费曼图,构建了量子电动力学的新理论(并因此与施温格、朝永振一郎共同获得了1965 年诺贝尔物理学奖),还在超流动性、弱相互作用、部分子和量子引力等方面作出了重要贡献。

历经18年啃下煤炭超低排放硬骨头

如今,高校中的新生代“科技力”可以说正在从0向1起跳。

费曼也是身体力行的教育学家。他不仅讲授过几十门研究生课程,还分析过巴西物理教育的失败原因。他在1961—1962 年讲授了基础物理学课程,更是留下了三卷本《费曼物理学讲义》,讲述了他眼中的整个世界:一切都是物理,物理就是一切。

走进国电江西丰城电厂的4号机组,在一栋占地不到80平方米的设备间内,4个大罐一字排列。前端自动投料的白色团聚剂粉末,在罐内乳化后通过喷枪直接喷入烟道,实现烟尘超低排放。

与世界赛跑

关于科学发展的走向,费曼高瞻远瞩。1959年,他做了一次著名的演讲《下面的地方还大着呢》,指出了纳米科技的巨大潜力。现在这个领域真的是“广阔天地,大有作为”。1982 年,他提出了量子计算机的概念,想利用量子体系的特性突破经典计算的极限。近年来该领域吸引了很多关注,但“前途是光明的,道路是曲折的”。

这项团聚强化除尘技术,是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室教授张军营团队历经18年研究突破的一项燃煤超低排放新技术。业内评价为,这项技术是降低煤炭燃烧产生PM2.5细微颗粒等污染物的重大突破。

一个人有多少细胞?40万亿~60万亿个。一个细胞内,细胞器如何在“纳米”“毫秒”的微观尺度下交流、运动?这正是中国科学院大学博士生郭玉婷所研究的,弄清这些问题或许能为未来的医学研究打开一扇窗。

费曼还是脚踏实地的科普工作者。他不仅给中学生做科普报告、为“曼哈顿计划”的从业人员讲述核物理学的基本知识,还批判过中小学教科书里的荒谬错误,当然最著名的还是他参与了“挑战者号”航天飞机事故调查。费曼用一杯冰水向大众演示了事故发生的直接原因:低温天气使得橡胶圈失去了弹性,从而丧失了密封的功效。费曼的这次调揭露了官僚体制对科学研究和技术进步的阻碍作用。

PM2.5细颗粒是雾霾主因,对人体呼吸系统、心血管产生严重危害。由国家发改委能源研究所等机构发布的相关报告显示,中国煤炭使用对大气PM2.5年均浓度的贡献估算均值为56%。燃煤PM2.5细颗粒低成本减排,成为污染防治攻坚硬骨头。

得益于她所在的项目组所研发的新型掠入射结构光超分辨成像技术——这一技术被评为2018年中国十大科学进展之一——郭玉婷可以更快、更清晰地捕捉到细胞器间的相互作用,她需要对此进行成像、观察和分析。

后世的学子追思前代的巨人,大多羡慕他们恰好出现在那建功立业的时代,连爱因斯坦都会感叹,“幸运啊,牛顿!幸运啊,科学的童年!”而杨振宁也向往过“爱因斯坦的机遇和眼光”。现在的我们回顾费曼的一生,应该也会感慨他生逢其时,度过了丰富多彩的一生。

丰城电厂环保工程师高为飞介绍,我国燃煤发电机组排放标准中,烟尘排放已从20毫克/立方米降至10毫克/立方米,“颗粒物直径越小,其憎水性、气溶胶等特性让静电除尘与布袋除尘等传统技术减排空间十分有限,收集难度加大,减排成本提高。”

早上9:00,郭玉婷早已经坐在了GI-SIM显微镜前,开始观察、拍摄细胞内部的运动,除了吃饭,通常一拍就到深夜。在她的办公桌下,有个内存量达13T的“硬盘柜”,里面是她这一年多收集的图片。为更直观地呈现细胞器的运动,她需要把一张张照片加工成一段段彩色动态图像。经常,一段不到10秒钟的图像,郭玉婷会反反复复看上十来遍。这不是简单的欣赏,她需要从这些瞬息万变的细胞器运动间,找到新现象或规律。也是凭着这些新发现,她收获了人生中的第一篇发表在顶级学术期刊《Cell》上的研究论文。

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编辑:数理科学 本文来源:华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇,年轻学者

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