自然科学基金助清华大学大型集装箱检查系统成功产业化

科学时报 2006-09-11 张双虎

    “现代科学技术的发展,使基础研究的内涵与外延发生了深刻变化。来自科学系统自身不断拓展、深化的内部需求和经济社会发展的需要,共同推动着基础研究的发展,‘双力驱动’是现代基础研究的根本特征。”国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜最近反复强调,“要重视科学的基础作用和长远价值……从学科发展、科学前沿、面向国家重大战略需要等方面,对基础研究作出安排。”

    长期以来,因为基础研究有探索性和兴趣驱动的特点,一些科学家不太注意将有实用价值的基础研究成果转化成产品,或者在需要出现时才发现作为创新原动力的基础研究尚为空白。我们欣喜地看到,国家自然科学基金努力促进我国基础科学各学科的均衡、协调、可持续发展,支持清华大学工程物理系在国家紧迫需要的时刻,一举攻克“大型集装箱的检查系统研制及产业化”项目。这为科技及社会各界正确理解基础研究、科技成果及关键产品之间环环推进的关系,提供了直观、鲜活、有强大说服力的案例。

    “一火车纺织品也卖不到这个价”

    “基础研究是成果转化的基础,我们在长期基础研究积累过程中,经过技术集成形成产品,在产品走向市场或者和用户的接触过程中,会出现很多以前根本考虑不到的问题,这些问题就对基础研究提出了新的需求。这是一个基础研究和科研成果转化之间相互促进、螺旋式上升的互动过程。”参与这个项目并曾担任清华大学工程物理系系主任的程建平介绍:“清华大学的车载移动式集装箱检查系统、组合移动式集装箱检查系统等成果,是几代清华人努力的结果。”

    清华大学工程物理系从上个世纪50年代建系开始,就开始了核电子学与探测技术方面的研究,即使在辐射成像无损检测研究方向也开展了十几年的工作。清华大学工程物理系长期从事核科学与技术基础研究,形成了坚实的知识、技术积累,为后来在成果转化上的成功奠定了坚实的基础,使产品能够在国际竞争中占据优势,并以企业同方威视股份公司为主体,结合清华的科研力量,使大型集装箱的检查系统成为中国高科技产品出口方面科技含量最高、具有全部自主知识产权的产品之一。“目前,企业每年上缴利税近亿元,从单台套来说,我们一台海关车载移动式集装箱检查系统售价为200万到300万美元,整列火车的纺织品也不一定能卖到这个价格。”

    海关:先给我支“步枪”,起点儿威慑作用也好

    我国早期的海关检查方式是开箱检查,如果海关工作人员怀疑某箱货物有问题就打开箱掏出货物检查。规模大一点的海关,每年有几十万箱的货物要通关。唯一的解决办法就是整天在那里往外掏货物、检查、再原样装进去。一掏一装,需要大量的时间,势必造成大量的货物积压在港口。1992年,清华大学组成研究团队开始攻关,在吸收和借鉴国外成果的基础上,研制出了固定集装箱检测系统。1998年开始在国内海关部署和安装了10套,为我国反走私作出了很大贡献。这种固定集装箱检测系统的优点是穿透能量高、图像清晰、吞吐量大,缺点是这套检测系统需要一块很大的永久性占地、建设工期长。

    程建平介绍说,海关港口往往都是寸土寸金的地方,找块空地很难,施工条件也异常复杂和艰苦。他说:“我们为天津海关建设的项目就是在一个原来用作存放煤的场地里进行的,由于长期存放煤,地下已渗透了很多煤灰,施工时精细煤灰粘在皮肤上很难洗干净,我们的很多技术人员当时变成了‘煤黑子’,弄得满身满脸都是煤灰。在项目的具体实施过程和用户接触过程中,我们了解了用户所面临的实际问题以及许多新的很好的想法。”

    由于固定式集装箱检测系统存在基建工程量大、造价昂贵、不能搬迁等问题,难以大量装备。而上个世纪90年代末,我国走私现象形势非常严峻,国家迫切需要一种不需要太多土建、简易可灵活机动的集装箱检测系统,当时海关方面形象地比喻说:我们在国门站岗放哨,没有精良的重武器,有支机关枪也行,那怕有支“步枪”,能起到震慑作用也好啊。

    以基金成果为基础,检测系统一年问世

    1998年6月11日,在国务委员吴仪主持的一次海关集装箱检测项目会上。海关提出要研制车载移动式检测系统的要求,并要求在1999年7月1日以前拿出产品。吴仪问清华大学一年内能不能研制出这样的检测系统,如果研制不出,海关就只能买美国一种替代品。清华大学的领导和专家急国家所急,勇敢地承诺下来。

    当时的思路就是研制不需要永久建筑物,可行驶或搬迁,占用场地小,适于各种口岸的新型系统。技术上要采用公众容易接受的加速器辐射源,车载移动或组合拆装,大幅度降低辐射剂量,提高探测能力和图像处理能力。这个技术难度是非常大的,国际上当时也没有类似的系统。在人们的观念中,加速器从来就没有放在车上使用过,而且还要面临如何提高图像清晰度、减少强功率的加速器和高灵敏的探测器之间的互相干扰等问题,专家们分析认为难度太大,国际上也没有先例。程建平记得当时一位校领导在召集专家研究这一项目时说,“反正我已经向中央领导表态了,我们现在没有退路了”。

    巧合的是,1990年国家自然科学基金委支持过清华大学一个项目——“X波段(3公分)微型电子直线加速结构的研究”。1993年底,该基金项目结题时,清华大学已经掌握了研制X波段驻波加速管的关键技术。1997年4月,在国内兄弟单位支持下,第一只X波段2MeV全密封轴耦合驻波加速管在清华大学热测台上出束成功。1997年12月29日,国家自然科学基金委在清华大学主持召开了“X波段2MeV轴耦合驻波加速管”成果鉴定。当时清华已经制造出了一个手电筒大小的加速管,只有传统加速管的几十分之一大。“有了以上的基础研究基础,专家们经过详细的论证,最终认为一年内拿出成果虽然有些难度,但还是可行的。”程建平说,“但当时做这个基础研究时,的确没有与车载式集装箱检查系统联系起来。”

    因为当时反走私形势十分严峻,海关方面十分急需移动式检测系统,同时也担心清华大学在一年的时间里能否做出这样的系统,认为即使做出一台来,也不过是样机,他们还曾考虑打算购买美国的一种用X光机作为辐射源的检测设备作为替代产品来解决反走私面临的问题。

    1999年5月12日,清华大学宣布:车载移动集装箱式检测系统研制成功。当时吴仪正在召开一个海关会议,听到这个消息很高兴,马上和海关有关领导一起赶来考察。“看到我们输出的图像很清晰,海关当即就决定采用清华的系统,一下就签订了30套车载式检测系统。”

    这一系统和美国的同类产品相比——当时美国主要是用在美墨边界检查偷运小轿车的产品——清华大学的小型加速器在结构、靶点、泄漏率、最低工作温度等指标上都优于美国产品。在此系统投入使用后不久,国内某海关查获走私3000公斤象牙大案,另一海关也查获了一起外装地毯、内部拆解走私高级小轿车的大案。2001年,国外某海关应用这一系统,在一只大集装箱中查出偷运数人的偷渡案件。

    2003年,该成果获得国家科技进步一等奖。目前该产品在中国海关安装了40多套,在国外40多个国家销售140多套,占据这一市场的半壁江山。

    市场需求又提出一系列新基础研究课题

    市场的不断竞争以及检测需求的重心从反走私转移到反恐,又提出了更多的新课题。

    “目前,大型集装箱的检查目前对查危(危险品、爆炸物、放射性物质、核材料及毒品等)的要求越来越强烈。以前查私(走私)主要靠形状分辨,相对容易一些。而查危需要对物质材料特性分辨。对于查危的许多关键物理及技术问题,仍然没有很好解决。如用于毒品、爆炸物的新方法学研究,再用过去查形状的方法根本查不出了。”

    在市场需求的驱动下,清华大学大型集装箱项目组独创了机场液体安检系统,“英国刚出现了液体炸弹的问题,实际上我们现在已经有了液体安全检测系统”。程建平说,“过去旅客手提物品如有液体,不管如何包装,都必须打开检查,甚至要打开容器让你喝一口,给旅客带来很大不便,有了我们这套系统,不管你带什么液体饮料,只要在这里扫描一下,就能判断所带的物品是否属于危险品。目前已在国内某机场试用,国外一些国家也积极与我们接触,准备引进这套系统。

    程建平说,清华大学工程物理系在产业化过程中遇到了很多需要解决的关键物理问题和技术问题。比如,高速火车检测系统、便携式无损检测系统、双能检测系统等。我们在解决毒品爆炸物等特异物质检测问题中就希望国内同行能提出并解决“毒品爆炸物的新方法研究”,该项目已获得国家自然科学基金委员会立项重点支持。在新型探测器、高能双能X射线方法、中子测爆炸物等领域,我们都提出了重点项目立项报告,希望我们与其他兄弟单位共同解决这些关键问题,以求得重大突破为国家解决一些重大问题。随着产业化的进一步深入,工程物理系的基础研究也随之扩大,国家自然科学基金面上和重点项目从过去的每年几项上升到现在的十几项。充分说明基础研究和科技成果转化之间的良性互动关系。”

2006年09月15日 14:15:27  清华新闻网

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