给大气环境做CT的人——专访院士刘文清光谱仪器新冠肺炎

2020-04-15 08:01发布

  中央纪委国度监委网站 尹健 李雪原

  在武汉抗疫疆场,有一个大气情况监测团队在默默守护都会寧静。由中国工程院院士刘文清领导的武汉大气情况立体探测尝试队,连续对武汉城区和定点医院、方舱医院、断绝点、社区等开展走航观测尝试,为病毒流传风险评估、情况影响因素阐明提供了科技支持。

  刘文清,1954年1月出生于安徽省蚌埠市,1975年进入中国科学技能大学物理系进修,首要从事情况监测技能和应用研究,现任中国科学院合肥物质科学研究院学术委员会主任、安徽光学紧密机械研究所首席科学家。他说:“假如情况办理是一座大厦,那么情况监测就是顶梁柱,我们就是情况监测的守望者。像大夫给病人做CT一样,我们就是给大气情况做CT的人。”

  近日,刘文清院士接管了本报记者专访。

  只要人呼吸一下,仪器就可以把呼吸气体身分阐明出来

  问:您的团队是做大气情况监测的,为什么会在抗疫时代来到武汉,首要使命是什么?

  刘文清:情况因素是防控疫情不行忽视的方面。疫情暴发后,中国工程院紧迫建立了“新冠病毒疫情情况风险防控攻关项目组”,交给我们的使命是尽快改装疫区大气情况立体探测尝试车,对武汉定点医院、方舱医院、断绝点、社区等开展走航观测尝试,获取第一手大气情况要素时空漫衍数据。

  接到使命后,我们当即通过视频集会接头确定了尝试车装备布置和改装方案,加班加点对仪器举行安装调试。尝试车我们早就有,为了包管尝试职员寧静,我们改装了正压尝试车。

  尝试车辆首要配备了我们研究团队自立研发的气溶胶和臭氧探测激光雷达、高辨别便携式质子转移反映质谱仪、气溶胶粒径谱仪、高光谱大气身分扫描阐明仪等7套大气情况立体探测装备,可以实现从近地面到5公里高度大气气溶胶和臭氧的及时探测,实现对230余种挥发性有机物的秒级快速监测,以及武汉地域气溶胶、二氧化氮、二氧化硫、甲醛、臭氧等柱浓度的高精度持续观测和卫星遥感探测。这些装备都有我们本身的常识产权,不是从外洋买来装在我们这个车上的。

  我们组建的武汉大气情况立体探测尝试队共6人,驻地200米外就是武昌洪山体育馆方舱医院。我们带了很是灵敏的丈量挥发性有机污染物的仪器PTR-MS,只要人呼吸一下,它就可以把呼吸气体身分阐明出来。

  我们首要是围绕武汉火神山医院、雷神山医院、金银潭医院,另有武汉客堂等方舱医院、百步亭社区等做网格化的监测。我们天天都要去做监测,捕获大气情况的差异,判断污染物的转变。

  问:这次情况监测和以往比拟,在技能上有什么冲破?

  刘文清:我们开展的车载走航观测,较传统的国控点、省站观测,针对性更强,可以直接到定点医院、方舱医院四周去在线采样阐明。这种情势的观测可以或许得到紧张场点周边的第一手信息,并且可以获取从地面到高空的大气情况空间漫衍数据,越发有用地阐明气溶胶和污染气体扩散环境。

  通过这次武汉疫情时代的情况监测,我们开端把握了武汉重点场合周边空气中的气溶胶、消毒剂挥发气体等时空漫衍特性,可以有用评估武汉整体情况空气质量状态,为判断和评估病毒在空气中通过气溶胶流传引起的袒露风险、大气情况质量与病毒之间的相应关系、消毒效果评价与副感化节制提供科学数据。

  这些研究结果,对于评估重点场合周边的情况风险,实行更合理的消毒办法,阐明经济勾当对情况空气质量的影响,都有一定的鉴戒感化。

  问:关于病毒流传途径,这次的监测有哪些发明?

  刘文清:我们去测武汉客堂方舱医院、金银潭医院等处所,根基上是全副武装的,穿着防护服,戴着口罩已往。

  我们把全部仪器装备装在一个移动的尝试车上,一边走一边测。好比说在武汉客堂方舱医院转圈,只要一圈转下来就知道这里的首要污染物,包括挥发性有机物的身分、浓度和漫衍。

  按照我们的探测尝试成果,不管是火神山医院、雷神山医院,照旧方舱医院,它们的负压病房做得很是不错,没有发明医院病房里气溶胶走漏出来。

  人要呼吸,他可能会有一些咳嗽粉末,这些病毒可能会吸附在气溶胶上。假如人与人之间的间隔比力近,或者空气不流动,可能就会形成流传。以是,制止大规模的职员集聚,人与人之间要有一定的间隔,戴口罩等等,这些办法对于防止病毒流传长短常紧张的。

    一束光打已往就能知道污染物浓度

  问:为什么说情况光学监测就像是给大气做CT扫描?

  刘文清:空气中有各类各样的身分,包括污染物。它们都有本身的特性a接收光谱。一束光打出去,各类各样的空气组分或者污染物会在某一些频率上对光波举行a接收,形成特性a接收光谱。现实上就像人的指纹一样,通过一些仪器、装备和一定的计较要领、阐明要领就能把它们检测、丈量出来。

  我们的装备可以举行立体垂直探测,如许就可以知道光路上差别高度的污染物身分和含量,就犹如给大气做一个CT扫描,好比说50米、100米,甚至到几公里几十公里,在这个层面上,它的污染物是怎么样漫衍的,怎么样运送的。今朝包括在卫星平台上对大气情况丈量根基上都是用光学技能,靠光的散射反射来区分污染物。

  情况光学监测遍及应用于空气质量监测、污染源排放监测、大气身分探测、寧静生产歷程监控、应急监测等,办事于情况、气象、海洋、大眾寧静、应急办理等范畴,在国民经济成长中施展紧张感化。通过情况光学监测技能,已构建空气质量的主动监测体系、污染源排放持续监测体系、区域污染立体探测网络、工业园区污染全方位监测体系等,为情况质量监测评估、情况污染节制、情况改善提供第一手的监测数据和先进的技能手段。

  好比说你拿个手持的PM2.5监测仪,用一个小的激光器打一束光,从一定的角度去丈量它,你就可以知道空气中PM2.5的浓度是几多。

  问:光学监测技能的冲破会带来情况监测范畴哪些新转变?

  刘文清:传统的监测方式首要是现场采样尝试室化学阐明。光学监测的上风体现在具有非打仗丈量、灵敏度高、选择性好、合用规模广等方面,实现主动、在线、现场监测与遥感遥测的综合立体监测。好比產生了一起污染变乱,传统监测要拎着仪器到现场,假如用光学技能,可以不到现场,一束光打已往之后,就可以知道谁人处所的污染物浓度是几多。

  2018年5月9日,我国高分五号卫星发射乐成,卫星搭载了我们所自立创新研制的三个大气情况监测载荷。通过高分五号载荷的观测,可以像气象卫星图片上云的漫衍一样,看清晰全球的污染气体的漫衍,平时这些污染气体都是肉眼不行见的。

  高光谱卫星遥感技能是操纵光谱对全球大气污染连续遥感成像的前沿技能,它可以或许在短时间内提供全球大气污染漫衍特性,区域大气污染的时间序列转变和运送信息。通过高分五号的观测,我们把握了全世界污染的资料。因此,不仅在宏观上为我国的大气污染节制决议提供技能支撑,更科学更合理拟定经济成长和产业布局政策,还能为我国国际情况外交勾当、国际情况掩护互助提供有力的科技支持。

  问:情况质量的连续改善,从持久来看首要取决于哪些因素?

  刘文清:比年来我国情况质量在不停改善,这和国度的工业布局、能源布局等有关。短期的,好比说呈现雾霾气候,可能照旧与气象前提有关,由於假如气象前提把污染物的界限层从两公里降落到一公里,即是浓度一下子提高了许多倍。持久的情况质量晋升,照旧要靠能源布局、生产布局的调解。

  此刻贯彻新成长理念,我们那么多科技职员也在做这方面的工作。情况变好,污染物降落,最受益的是老黎民。

    当科学家就要耐得住寂寞

  问:您在上大学之前曾经做了5年钳工,什么动力让您一步步成为科学家?

  刘文清:我高中结业后在一家小型国企干钳工。那时辰是三班倒,有一天凌晨,谁人冲床忽然掉下来了,我这个手好在拽得快,可是手指头被打掉一末节。其时我就想,我要改变。我父亲是平凡群众,我母亲不识字。我以為常识可以或许改变命运,以是就不停进修,1975年进入中国科学技能大学物理系进修。

  中科大作为科学家的摇篮,造就了我国许多优异的科技人才,各系的主任和先生,许多都是我国知名科学家。我进入中科大,相识了中科大建校的初誌、汗青以及其在国防建设中施展的感化。在国度需求的牵引下,在先生的陶冶下,在同窗们一起积极的气氛中,我立志当一名科学家,为国度的科技成长孝敬本身的一点气力,为国度的强盛做出孝敬。

  问:1978年11月您结业到场工作,那时的工作糊口前提奈何?

  刘文清:1978年11月,我被分派到合肥市西郊董铺岛上的中国科学院安徽光学紧密机械研究所工作。其时的前提很差,谁人时辰到岛上来只有三班公交车,早上午时下战书各一班,要想出岛很坚苦,来岛上的路很是窄,炎天在路上常常看到蛇。只能在食堂用饭,没措施本身去做。有一次我从外面服务回来没遇上车,整整走了三个多小时才走回来。

  虽然糊口前提费力,但其时的科研前提和科研使命吸引我留了下来。实在,从立志当科学家,就知道需要耐住寂寞,由於只有吃苦研讨才能取得结果。

  问:您厥后又攻读研究生,从《新观点英语》最先进修英语,出国留学读医学博士,壹起走来,进修对您意味着什么?

  刘文清:我以為艺不压人。会的越多,未来你可以或许负担的事变就越多、做的孝敬就越大。人照旧要活到老学到老,由於常识在增长,光靠大学的常识,光靠先生教的常识,必定不敷你工作上用。革新开放初期,为了更好地相识国际上的科研进展,我就补英语,阅读文献。炎天,董铺岛蚊蝇许多,为了不让这些小昆虫打扰我进修《新观点英语》,我就买了一双长靴套住双脚和小腿,躲在蚊帐里背诵一篇篇课文。终极,我把几册《新观点英语》上的课文都背得倒背如流,而我的双脚也险些被捂烂。

  我以為不能死念书、读死书,搞天然科学要打牢基础。只要把握了这个基础,就可以做许多工作。我在外洋的时辰读的是医学博士。原理是如许的,假如得了癌症,癌细胞对光敏剂的a接收浓度要比正常的细胞要高,以是用特定波长的激光去照射它的时辰,光敏剂就会形成活性很强的单态氧,癌细胞就缺氧凋亡。我这么多年来一直不断地在进修,此刻用激光监测大气差别高度的污染物,现实上和做X光、做CT要领是一样的,两个光在这不断地扫描,人从中心已往,对他举行成像。

  研究对象也好,做医学也好,现实上很多多少都是相通的。我们有一个团队在做糖尿病检测,一般糖尿病检测要抽血,它不用,用一束LED光照射皮肤,通过检测皮肤荧光光谱的转变,就可以诊断是否患有糖尿病。

  我不想一辈子说外国话,我有本身的家国情怀

  问:您出国时,我们和西方发财国度在光学范畴上差距还很大,为什么没有留在外洋尝试室?

  刘文清:其时,我们的光学仪器无论是理论、质料照旧技能方面都和外洋差距很大,情况光学监测仪器在海内是一片空缺。我第一次出国事去日本,他们一个大的激光雷达有6层楼高,可以打到日本的富士山,转一圈就知道污染物在什么处所。他们的技能程度照旧很是先进的。

  其时不管去日本、意大利照旧德国,感受到我们国度科技程度照旧比力掉队。再一个我们的经济实力比力掉队,以是一些高端的仪器装备买起来很费劲。我记得回国的时辰,我们老组长买放大器,现实上也就2万美元,此刻2万美元不算什么,那时辰2万美元对课题组来说很难。这件事对我触动照旧很大的。

  其时就想让在外洋学到的工具在我们本身的尝试室著花成果。我从希腊回来之前,我“老板”跟我说,你归去看看你母亲,然后再回来。我回来之后就没再归去,我选择回国成长,起首我要说中国话,只管外国话我说得很好,但我不想一辈子说外国话,我有本身的家国情怀。

  问:中国本身的情况光学监测研究是若何一步步搞起来的?

  刘文清:1998年,中科院和国度环保总局的带领商谈提出,中科院可在情况光学研究方面提供科技支持。那时辰我们国度空气质量监测站还不多,所用的装备满是从外洋入口,以是我其时就想做这一块。

  1999年,我带领的情况光学监测研究室获得20万元启动经费,研制可以或许监测二氧化硫浓度的空气监测仪。接到使命之后,我就刻意将这个项目做成真正实用的情况监测装备,而不是一个“向带领交差”或者圈钱的项目。

  从这项研究使命最先,我就领导团队,按照国度对情况监测的需要,开辟出了多种监测仪器,并陆续投入使用。我曾先后约请王大珩等多位院士来研究所,引导开展情况光学的科研结构及建设。2000年4月,由两院院士构成的“先进环保技能范畴专题组”,向国度提供了一份《先进环保技能咨询陈诉》,必定了我们开辟的多种情况监测技能,发起把“DOAS空气质量主动监测体系”“紫外差分烟道在线监测体系”“灵活车尾气遥测体系”等列为国度重点成长项目。

  就如许,我们的產物一步步成长起来。之前我国的通例污染物在线主动监测仪器险些是空缺,我们研制出的“都会空气质量持续主动监测体系”与企业互助生产后,其產物代价低于外洋入口產物的50%。

    科研不能搞短平快,没有捷径可走

  问:您从事了四十多年科研工作,什么是科研的起点?

  刘文清:作为科研工作者,要有科学家的社会责任,要以研究重大问题、办事国度和社会作为最高方针。国度情况监测技能成长需要我们做的事有许多。选准偏向,做国度最需要的事,永远是我们的起点。

  我常对学生说,我们搞科研,一定要思索给国度、社会留下什么。由於第一个,搞科研花的是国度的钱;再一个,博士结业差不多30岁,我们一个项目一般是3年,到60岁退休,你做10个项目就回家了。

  科研不行能搞短平快,没有捷径可走。就是要实事求是,不停地去摸索、去研讨,并且纵然如许也不见得包管每小我私家都可以或许乐成。由於有些工具它要一按时间后才能呈现,并不是说我今天让你做这个,然后过两天你就给我拿出来,绝对不行能,必需要颠末一按时间的考验、失败总结,末了才可以或许乐成。

  问:最让您煎熬的科研攻关项目是哪一个?

  刘文清:前面提到的,2018年5月9日,我国当日发射乐成的高分五号卫星,搭载了我们所自立创新研制的三个大气情况监测载荷,这也标志着我国高光谱辨别遥感卫星技能到达了国际先进程度。

  追念研发初期,我们团队在航天质量、尺度、接口等问题上经验匮乏,人手也不足。我们不行能买外洋的装备装到我们的卫星上去发射,全部的工具都必需是本身的。我们从一个芯片、一个接口最先,通宵达旦查资料,打造了一支刻苦耐劳的攻坚步队,终极顺遂完成了项目交付。

  问:对有志于从事科研的年青人,有什么发起?

  刘文清:现实上就两个字,专注。别受社会上如许那样的诱惑。科研没有捷径,达不到谁人水平,没有颠末谁人歷程,不行能出结果。以是我跟年青人说,碰到坚苦之后,你别去绕,假如你绕已往了,今天算你荣幸,但这个坚苦未来还会出来,你要把这个坚苦解决了,搞通了你再去走。以是我以為照旧要专注,照旧要可以或许静下心来。人生短暂,不能虚度工夫。


登录 后发表评论
0条评论
还没有人评论过~