沙国河:尖端技术是一点一滴钻研出来的(讲述·弘扬科学家精神)

2022-05-20 08:31:59人民日报

沙国河正在制作科普实验装置。

沙国河正在制作科普实验装置。

大连化物所供图

沙国河正在进行实验操作。

沙国河正在进行实验操作。

大连化物所供图

人物名片

沙国河:1934年生,中国科学院大连化学物理研究所研究员,1997年当选中国科学院院士,主要从事化学激光、激光化学及分子反应动力学研究。曾参与设计研制中国第一台化学激波管、中国第一台化学激光器,首次实验观察到分子碰撞传能中的量子干涉效应。曾获国家自然科学奖二等奖、全国科普工作先进工作者、全国最美科技工作者等荣誉。

来到中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”),依山势步行约10分钟,一座三层小楼跃入眼帘——这里是“分子反应动力学国家重点实验室”,是沙国河平时工作的地方。从事科研工作六十余载,沙国河在化学激光、激光化学及分子反应动力学等领域一次次勇攀科学高峰,近些年来,他又把精力投入到青少年科普事业上,播撒更多科学的种子。

“技术上的小改进,可能带来大突破”

“一切为了国家需要”,是沙国河一生从事科研事业的追求。从“激波管化学动力学”到“微波吸收材料”,从化学激光、激光化学到分子反应动力学……沙国河研究领域的每一次转换,都紧随科研需求的变化;每一次面对新领域,他都选择迎难而上。“当时许多研究方向的资料都非常缺乏,工作条件也特别艰苦。”沙国河回忆过去,多年劳累的工作,让自己的身体有些吃不消了。

上世纪80年代初,张存浩院士在大连化物所开创了激光化学研究方向。激光化学主要研究物质分子在激光作用下呈现激发态时的精细结构、性质、化学反应、能量传递规律及其运动变化等微观过程。当时,沙国河所在小组的课题是研究分子激发态的光谱和碰撞能量传递。他们以一氧化碳作为样板分子,选择了当时国际上刚出现不久的共振增强多光子电离光谱作为探测技术。实验中,他们却发现这种技术存在易受杂质干扰和光谱选择不高等缺点,影响数据精确度。为了减少杂质干扰,他们先尝试了提高真空度,但要制造一套超高真空设备,需要投入很多资金。于是,他们又想到干扰杂质主要是一些大分子,可以用液氮冷冻的办法。一试,效果好得出乎预料,不单光谱信噪比大为提高,实验操作也更加容易。

“技术上的小改进,可能带来大突破。这个小改进也是我们后来一系列实验的基础。”沙国河说,“尖端技术是一点一滴钻研出来的。”

“不因成就而满足,不因困难而罢休”

“不懂就学,总会学会的。搞科研就不能怕吃苦!”沙国河经常这样教导学生。基础性、创新性的研究往往需要自己制作实验装置,为了一次实验,前期准备工作可能需要一两个月甚至更长时间。而一旦进入正式实验阶段,则可能需要连续72小时以上不间断进行,对实验者来说是个不小的挑战。

“我是2000年进入研究室的,当时沙老师已经66岁了,有时还带着学生们通宵工作。”大连化物所高级工程师、沙国河的学生冷静对当时的情景记忆犹新。

大连化物所研究员、沙国河的学生田文明回忆:“在沙老师的建议下,我的研究方向转向单重态氧在生物体系中的动力学研究。这对于沙老师来说,同样是一个新领域。为了指导我的论文,沙老师阅读了大量的文献和资料,然后才来跟我讨论课题。”

对于科研,沙国河始终精益求精、一丝不苟,他说:“只有获得精确可靠的实验数据,才能得到科学的论断。”

在一次实验中,沙国河发现有一个光谱信号很特殊,按照公认的理论公式解释不通,这让沙国河百思不得其解。是实验误差吗?进行了多次反复验证后,证明实验没出错。问题会不会出在公式上?

无数个夜晚,沙国河反复对照实验数据,演算、推导,终于找到了原因:公式推导中用了经典力学近似,而根据量子力学,传能过程应具有波动特性,实验中的异常正是一直在找的分子碰撞传能中的量子干涉效应。2000年,该发现被评为中国十大科技进展新闻之一。

回顾这一发现过程,沙国河说:“除了研究方向选得准、实验技术先进、实验与理论密切结合等因素,最重要的是要有锲而不舍的精神。不因成就而满足,不因困难而罢休,把实验中的异常现象搞清楚,就可能有重要的新发现。”

“和孩子们在一起,就忘记了辛苦、忘记了时间”

在沙国河不足10平方米的办公室里,两张老旧的工作台背靠背摆放着。一张用来演算、备课,桌上的一本本老式笔记本上工整地绘满了电路设计图;一张用来制作各种科普实验装置,放着最常用的电烙铁和松香架。两排贴墙而立的铁皮柜,装满了科普书籍和教具。

自2004年起,沙国河开始参与到科普活动中。此后的近20年间,他设计搭建了几十种科普实验装置,将千余堂科普课带进中小学教室。2009年7月,沙国河在大连市沙河口区中小学生科技中心设立了面向青少年的院士科普工作站,每周二、四为中小学生授课,至今已有超2.5万余人次参加。

“从小引导孩子们学科学、爱科学,将来就会有更多优秀的科技人才涌现出来。”沙国河说。

“有人觉得自然科学枯燥,实际上可能是教学方法问题。”为了制作出适合孩子们的实验装置,他自己绘制草图,跑五金店、买材料,再把小零件一个个地组装起来,经常在办公室一忙就是一整天。所里的同事偶尔会看到沙国河出现在海边公园,以为是老先生在散步,实际上他正在测试刚制作好的飞机模型。

“沙老师做科普的时候,他的认真劲儿一点也不亚于做科研!有一次,他为了给孩子们做出理想的实验装置,竟然把被子和锅都搬到办公室来了,直接在办公室吃住。”大连化物所高级实验师、沙国河的助手崔荣荣说。

木块遇到二氧化碳激光怎么瞬间就起了火苗?几个强壮的男孩,为什么都拉不开巴掌大的马德堡半球?电池怎么会变身“小火车”在铜线圈中快速穿行?……一个个妙趣横生的实验让孩子们大呼神奇。沙国河经常被孩子们围在中间问各种科学问题,成了“孩子王”。做实验的时候,沙国河尽量让孩子们自己操作、体验。“和孩子们在一起,就忘记了辛苦、忘记了时间。”沙国河说。

“做这些实验不是为了让孩子们学到多么高深的知识,而是要激发孩子们对科学的兴趣。”沙国河说,他小时候的梦想是成为一个“发明家”,小学五六年级时,就自己制作收音机、电动机等。他相信,在孩子们心中播撒更多的科学种子,一定能长出参天大树。

■记者手记

专注科研不停歇

沙国河一生专注科研,如果说兴趣让他不觉得辛苦,那么就是责任使他不愿停歇。

这责任来自他想为科学进步贡献力量的信念。即使研究方向不断转换,他执着的科研精神却始终未变,一次次在科研的沃土中挖出真金。

这责任来自他对待科研工作的诚实与谦虚。在失败远比成功多、未知远比已知多的研究领域内,他的成就很高,但他的心依然澄澈如初。

这责任也来自他对优秀科研人才涌现的期待。耄耋之年,他坚持站在科普讲台上,让孩子们感受科技的魅力,学科学、爱科学。

一生做科研,是沙国河的梦想;承担科学家的使命和责任,则是他对自己几十年如一日的要求。

责编:杨猛 PX288

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