注定冷的板凳

第十四届中国科学仪器发展年会上的展商。受访者供图

9月,第十四届中国科学仪器发展年会在天津举行。受访者供图

如今,国际形势冷暖骤变,人们开始意识到高端科学仪器依赖进口存在风险。

“这是无上的荣光,但我心里非常忐忑不安。”张伯礼这样描述他获奖后的心情,“4.2万多名驰援武汉的医护人员、几十万名湖北省的医务工作者共同战斗,那么多人都为此做出了巨大的贡献,甚至还有同志作出了牺牲,称号却只给了我们几个人,这份奖太重了。”

回首从2003年抗击非典、2015年应对MERS,到这一次抗击新冠肺炎疫情,钟南山深有感慨:“中国工程院对我影响最深的,是尊重科学、尊重事实、用事实说话的精神。这是我取得成绩非常重要的原因。”

越是高端,越依赖进口。价值200万元以上的质谱类、电子束类和X射线类设备,国内市场在2014年到2019年购置了3000多台,其中进口的设备占96%以上。

一种叫做检漏仪的科学仪器如其名,检测“漏气”。1971年,中科院科学仪器厂研制出一款国产检漏仪,曾为毛主席的水晶棺检漏。在科学仪器中,灵敏的氦质谱检漏仪能检测出打火机最细微的泄漏,细微到何种程度?漏完一整个打火机需要500万年。

它能干,追求极致的性能。拿一张沾着有机溶剂的试纸擦一下苹果表面,能准确地测出是否有农药残留,像在一麻袋红豆中,一眼找到一颗绿豆。全国最大的蔬菜种植基地山东寿光,借助质谱仪,20秒就能一次性筛查200多种农药。

上个世纪90年代初,“小年”刚来41所几个月,一天突然被叫到所长办公室,一屋子的中层以上干部,年夫顺有点吃惊,听到后来才明白,一个仪器的核心部件,国外突然“断供”,所里临时决定成立攻关小组。年夫顺是学电磁场与微波技术的,被抽调来,与一位结构设计人员和工艺设计人员组队,每个星期汇报进展。一年时间,问题被解决了。

清华大学精密仪器系博士生王宇晨很能体会这种感受,“维修仪器、备用件的开销很大,我们都小心翼翼地用,避免用坏。”他使用的仪器是一台质谱仪,日常用于物质的化学成分分析,大型质谱仪的体积像个大号的双开门冰箱,“如果把仪器当成一个人的话,它可能是研究生生涯中你接触时间最长的一位,很熟悉怎样让它保持好的工作状态。”他每周要擦几次表面。

就在几个小时前,中国工程院院士钟南山、张伯礼和陈薇在人民大会堂获颁共和国勋章和国家荣誉称号奖章。

我国是科学仪器进口大国和贸易逆差国。中国仪器仪表学会的资料显示,2016年进口仪器仪表449.6亿美元,仅次于石油和电子元器件,是第三大进口产品。从2018年和2019年的海关数据来看,科学仪器整机进口额是出口额的4-9倍,如果出口量有鼠标那么大,进口量就相当于是键盘。

这样“不安”的张伯礼,却如壮士般“把胆留在了武汉”。座谈会后,有人问他,当时胆囊炎发作,为什么不从一线撤回?他却直率地说,轻伤都不下火线,小手术算什么呢?

在人民大会堂现场聆听总书记的讲话特别是对抗疫精神的阐释,让陈薇院士百感交集,“我想起了在武汉奋斗的113天,从1月份到5月份,我们经历了武汉保卫战、湖北保卫战的全过程。这么多人前赴后继、不怕牺牲,才取得了抗击新冠肺炎疫情斗争重大战略成果。”

年夫顺还在国家专利局待了一个星期,把所有国外公开的相关专利都看了个遍。那时专利的摘要保存在缩微胶片上,他得借助机器一行行地看,最终收集了厚厚一摞,作为设计的参考。

国家市场监督管理总局认可与检验检测监管司曾对31个省级生态环境监测机构的检测仪器进行摸底,国外设备占总值的86.8%。

“我要把这个荣誉珍藏起来,化作一种精神和力量,更加努力地工作。从眼前来说,做好今秋冬可能出现的第二波疫情的防控;从长远来说,更好地为人民健康服务,为健康中国服务。”张伯礼这样说。

“我印象最深的是‘舍生忘死’‘尊重科学’。中华民族在大灾大难面前展现的大义、国家在科技上的大量投入、广大科技工作者践行科学精神理念,让我们有能力、有底气用最快时间做出经得起时间检验、历史检验、国内外同行检验的科技成果。我为中国制度、中国精神、中国科技感到自豪。”陈薇说。

接到制造微波矢量网络分析仪的任务时,年夫顺只有5年时间。“一切从零开始。”他没见过这种仪器,一次,听说在上海搞展览,年夫顺和同事赶了过去。在一家五星级酒店,他们围着这台比人高的仪器看了又看。不记得一共看了多少次,一旁的工作人员都好奇了,问他们是哪个所的。

9月16日,在第十四届中国科学仪器发展年会上,来自公安部的工程师展示了借助质谱仪办案的过程。质谱仪是当今最具发展前景的科学仪器之一,如一座看不见的天平,它利用电场、磁场将运动的离子按质荷比进行分离和检测,可以快速鉴定出样品中化合物的分子量和结构性质。9位科学家因为质谱获得过诺贝尔奖,2008年北京奥运会的兴奋剂检测、南北极科考都用到了质谱仪。

年夫顺的一位同事曾陷在取样器的迷宫里,设计出来的东西怎么都不能正常工作。一日,安徽热浆糊般的夏天糊在人的身上,年夫顺正在午睡,同事突然来了电话,“我想起是什么问题了,这次肯定对了,咱俩到实验室试一下。”他听出同事的兴奋,已经等不及下午上班再验证。爬起一做实验,果然成了。窗户纸捅破后,带来难以名状的成就感。

8日下午,中国工程院的大院里人声鼎沸,青年科研人员们举着“人民英雄”“逆行勇士”“女神”的手牌,用鲜花和欢呼声迎接“共和国勋章”获得者钟南山和“人民英雄”国家荣誉称号获得者陈薇、张伯礼,他们即将在现场聆听和学习英雄们的科学家精神。

刚刚获得国家最高荣誉的钟南山院士看上去精神饱满、身姿挺拔。当他在座谈会上回忆起自己24年的“资深”院士历程时,才让人想起他已经84岁。

开完鉴定会后,41所生产了十几台仪器准备卖给客户。就在这个当口,仪器却突然蓝屏了,曲线消失,像手机死机。

那时他29岁,小孩刚出生,还被叫做“小年”。在安徽蚌埠的偏僻角落里,他和几个刚毕业的研究生穿朴素的工装,脑袋里装的是怎么造出世界上最先进的微波矢量网络分析仪。

迷茫的时候、想不出来的时候、累的时候,年夫顺只有一个爱好,听地方戏。他小时候在安徽农村长大,没什么娱乐活动,地方戏算是最热闹的一个。如今,他在电脑里存了很多,听着听着就睡着了,好像回到从前,好像没了压力。

来自各大科研院所的专家拿着螺丝刀把机器拧开,“一看就是我们做的。”国外产品的微波部件是镀金的,黄灿灿,很漂亮,“我们镀得黑不溜秋,被戳得一道一道。”

年夫顺的父亲不知道儿子在做什么,只知道“是为国家作贡献”。在弥留之际也不敢打扰他的工作。母亲走得更早,那年4月,母亲身上有个疙瘩,年夫顺说忙完这段带她去检查,结果一直在忙。11月,母亲发烧,再看已是癌症晚期,“早几个月发现,也许还能做手术。”

年夫顺1979年上大学时,家里还没有电,点煤油灯照明。收音机是农民家里的大件,他选专业时,挑了无线电技术,为的是学会修收音机。

进口科学仪器自改革开放后涌入中国的高校、科研院所和检验机构,像越拉越长的影子覆盖国内市场。目前,国产龙头企业占国内市场的比例只有一成,另外的蛋糕大多被美、德、日抢占。

泄漏是航天的大敌。1986年,美国“挑战者”号航天飞机在升空73秒后爆炸解体,7名宇航员罹难。事故的原因就是一个不起眼的密封圈失效,引起泄漏,最终导致美国宇航局也是人类太空探索史上沉重的悲剧。

2018年12月的深夜,北大核磁中心里,白雾从一台800兆赫兹谱仪的液氦充填口中喷出,伴随尖锐声响。仪器进口自国外一家垄断企业,之后的售后服务并不能让人满意,北大核磁中心发布公开信维权,加入声讨队伍的用户越来越多。

对三位院士来说,奖章和荣誉是国家和人民的肯定,是他们挺身而出、为国担当的标注,更是压在肩头沉甸甸的担子。

1991年,年夫顺要造一件他从没见过的科学仪器。

2018年,美国化学会旗下的《化学化工新闻》发布了全球仪器公司榜单,在前20家公司中,有8家是美国公司,7家来自欧洲,5家公司位于日本。中国企业没有入选。“按照仪器的销售额来算,前50都没有中国企业。”年夫顺说。

2002年诺贝尔化学奖得主田中耕一有几年的时间都在重复练习失败。他只有本科学历,沉默寡言,是仪器公司里最本分的那种职员,连科学家都算不上。他的工作是将几百种不同辅助介质涂在质谱仪上,测试哪一种信号高,并将这个过程重复几千遍几万遍。

“最后发现就是计算机干扰,电磁兼容问题,干扰了视频显示的卡,把计算机挪远一点就没问题了。”

但有时这种探索不得不因为进口仪器昂贵的维修费用而止步。“我们会避免相对危险的操作,比如这台仪器加10个分子不会因短路而失效,而加1万个一定会短路,那我们在实验中能不能加500个分子?加1000个呢?到底还能加多少?不敢尝试。”

1995年12月,国产的微波矢量网络分析仪问世,中国成为继美国后,第二个生产出这个科学仪器的国家,且只用了一半时间。在北京新大都饭店,200多名专家被邀请来参加新仪器的鉴定会。年夫顺扶着仪器把手给大家讲解,主管机关的领导看见了,骂他:“小年你怎么搞的,这么贵的仪器,你手上有汗,怎么能用手摸呢?”

“虽然国内疫情已经防控得非常好了,但国际上每天还新增很多感染病例,抗疫还是任重道远。这次抗疫过程中也暴露了很多短板和不足,也使我们有更深的危机感和更重的责任感。我要从个人做起、从现在做起,在生物防疫战场拿出更硬核的成果,不辜负人民的期望。”陈薇这样说。

鉴定会上午开完,效果很好,但吃完中饭后,很多专家不走,把仪器围了起来。“他们非要打开机器看,不相信全是国产的。”

年夫顺是中国电子科技集团第41研究所首席科学家,“小年”如今已经成了“老年” ,头发不可避免地变成花白。他是中国仪器仪表学会的会员,也是科技部“十三五”科学仪器专家组的组长,很多时候,他需要站在国家层面统筹。

他最终能得诺奖还是因为一次失误,把人们用来涂脸的甘油酯错当成丙酮醇加入了样品,一不小心帮助人类看清了生物大分子是什么样子。

已不年轻的“老年”笑着合上了那段记忆,这些年,他身边很多人离开了公司、放弃了行业,但老友相聚,回忆起的还是那段虽然艰苦但值得津津乐道的日子。在那个开荒的年代,有那么多机遇,有那么多问题等待解决。

科学仪器就像我们身边“陌生的熟人”,无时无刻不在影响我们的生活。2019年,我国710万台检验检测设备,每天源源不断地生产出144万份报告。

公安部的工程师每个月有20天驻扎在云南,用质谱仪检测行李箱包、轮胎设备,寻觅毒品痕迹。因为高灵敏性,它能在吸毒者摸过的东西上检测出毒品,不需要跑实验室,现场快速定性。警察还曾在烧水壶的夹层里发现毒品,在看似无恙的水里发现溶解的冰毒。

一些企业已经开始在国产仪器中寻找备份,一家国产仪器厂今年上半年的销量比去年整年都多。对国产仪器来说,这是一个机会、勇气、动机合而为一的时刻。

科学仪器不会直接改变世界,但常能引发科学研究的重大突破。在2019年以前的诺贝尔奖中,72.6%的物理学奖、81.1%的化学奖、95.5%的生理学或医学奖都是借助尖端科学仪器完成的。

“我还深深感到,院士仍然要好好学习,不断提高。现在有很多的交叉学科要学,这次疫情我学了大数据、AI、5G和云平台等等,这些技术都用在了诊疗里。今天我们谈的是抗疫,其实抗疫里的中国精神、中国力量和中国担当,在各个领域里都应该是这样。”钟南山说。

过年,他用从22.5元的助学金里省下来的钱买了电烙铁和万用表带回家。很多人拿着收音机找他,结果因为没有电,电烙铁无法使用,闹了很大笑话。

如今,3人的攻关小组已经发展至三四百人,仍保留着一周工作六天半的传统。那时,在一层楼大的开间里,做实验、办公、设计都在一起,每天晚上加班到11点。

年轻的王宇晨正沉浸在与仪器打交道的乐趣中。“一台仪器,具象的东西摆在那,你通过不断探索它的内部性能,让它发挥最大的用处,这是工程师该做的事,比较酷。”

现代生活的“物质法官”

它娇贵,北京16号线地铁修建时,特意绕开北大精密仪器楼。

“如果不是这么反复辛苦地去做,连犯错的机会都没有。”一位研制质谱仪的专家说。

人民英雄“回家”了!

但国外的专利只提供不同点位上的火花,如何把他们连起来,年夫顺和同事们还是一头雾水。“心里没底,不知道会遇到啥问题,吃饭睡觉都在想,着了魔似的”。仪器的科学原理摆在那,有时尝试摸了很多次,就是摸不着。一个刚来的研究生被安排做压控振荡器,做了两年没做出来,人走进死胡同。“科研就是这样,方向走不对,一两年白费。”

一切重新归零,年夫顺跟团队扎在实验室做实验找原因,搞了几个月没有结果。有一天晚上11点,大家都累了,年夫顺说“今晚就到这吧”。话音刚落,一个同事“啪”一下就把计算机关了。神奇的是,蓝屏突然恢复正常,电脑一开,蓝屏又出现了。

中国仪器仪表学科奠基人王大珩院士曾说:“仪器仪表是工业生产的‘倍增器’,科学研究的‘先行官’,现代生活的‘物质法官’。”在如此重要的高端科学仪器领域,中国并非强国。

在人群的簇拥下,三位抗疫英雄微笑着走进中国工程院“学习钟南山、张伯礼、陈薇院士科学精神座谈会”的现场。

“我要请战!我们有愿望把中国抗疫的工作继续抓下去。现在只是抗疫的第一阶段,还远远没到结束,我们要有思想准备大概要好几年。我们要继续在呼吸系统疾病和突发性公共卫生事件防控上为祖国贡献力量。”钟南山这样说。

它能从10公斤面粉里找出1克毒品,能把一根头发分成6000万份后还能看清……科学仪器触摸到人力不可及的角落。激光干涉仪可以检测几亿光年外黑洞运行中产生的引力波;电子显微镜可以重构分子和原子级别的真实形态,科学仪器能抵达遥远和渺小的未知世界。

做实验的科学工作者把科学仪器称作“吃饭的家伙”“研究的拐杖”。

“武汉一线的工作还需要我,不可能撤回。我就是去给人治病的,自己得病是关键时刻掉链子,不值得说。但是病了怎么办?赶紧手术,继续上前线战斗,这是理所当然的事。”张伯礼说。

Releated