2025年11月,中国科学院高能物理研究所发布江门中微子实验装置正式运行后的首个重大科研成果。作为国际上首个运行的超大规模和超高精度中微子专用大科学装置,其核心部件之一,竟出自一群乡镇工匠之手。
在建湖县芦沟镇,有一家看似普通的玻璃厂。这里既有流水线机器的轰鸣,更能看到老师傅们手持1.6米长的不锈钢吹管,在1600℃的炉火前凝神屏息。一张嘴,一呼气,在火光与匠心之间,吹出探入深海、望向宇宙的“中国眼睛”。
“我们可以试试”
2013年的一天,盐城汇达玻璃仪器有限公司总经理范旭东的手机响了。电话那头传来声音,“您好,我是中国科学院高能物理研究所的刘术林。”
范旭东正忙着看生产报表,随口问道:“您有什么事?”
“我们有个产品需要吹制,尺寸比较大,想问问您能不能做。”刘术林顿了顿,“大概20英寸大小的玻璃球壳。”
“这个尺寸有点大,但我们可以试试。不过,您是怎么找到我的?”
“国内我问了十几家玻璃厂,都说吹不出来。”刘术林的语气里透着无奈,“后来四川一家玻璃厂说,要吹出这个尺寸,让我到建湖找您试试。”
挂断电话,范旭东站在车间门口,看着工人们正在制作普通的烧杯和量筒。那些玻璃器皿在流水线上整齐排列,将成为国内外实验室的日常工具。他知道,电话里提到的大号玻璃球壳是探测器的核心部件,对产品透光率要求高,技术长期被国外垄断。
不久后,刘术林风尘仆仆赶到芦沟镇。在汇达公司一楼会议室里,他摊开图纸,“这个是我们中微子实验设施的关键部件,20英寸光电倍增管的玻璃球壳,不仅厚度要薄,尺寸要大,还要低本底玻璃,只能吹制。目前,全世界就日本的公司能做类似的,但是要价特别高,交货周期又长。我们希望这个产品能国产化,中国要用自己的‘眼睛’去看宇宙。”
范旭东盯着图纸沉默了。他虽然已经从事玻璃制品行业几十年,但产品主要供一般生产和生活场景使用,这种“国之重器”级别的订单,从未碰过。
“范总,这不是普通的玻璃制品。”刘术林推了推眼镜,“它要装在世界最深的地下实验室里,捕捉来自宇宙深处的中微子,所以玻璃必须‘足够干净’,放射性元素钍、铀、钾含量要降到极低。”
极低是多低,我们能做到吗?没有经验可循,前路能走吗?
办公室里安静下来,只能听到窗外车间里机器运转的嗡嗡声。范旭东起身走到窗前,看着自家厂房。那时候,公司成立不久,接这个单子,意味着要停掉部分生产线,投入更多成本配合研发,还可能面临失败。
但是当他转身时,眼里有了光,“刘老师,这个活儿,我们接了。”
“我们成功了”
2014年,产品开始研发。
难题从原料开始。
首先是选料。他们找遍了全国的石英砂,最后在连云港找到了纯度达到99.99%的高纯石英砂,这种石英砂量少价高,被誉为“工业黄金”。
然后是定料。“把钍、铀、钾的含量放到最低,称为低本底玻璃,其关键在‘洗炉’。”回忆起那段日子,范旭东的语气里仍带着攻坚时的紧绷感,“就像淘金,要把炉子里的杂质一点一点淘出去。”
每天早晨,工人们将一袋袋“金沙”投入炉中,晚上,他们将制作好的两个玻璃样品,小心翼翼地包好,送到长途汽车站。“那时候,我们像在跟时间赛跑。”范旭东说,样品晚上上车,第二天一早到北京,中国科学院的老师去车站接,当天就出化验结果。
“洗”了一个多月后,原料检测结果终于达标。中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳决定来一趟建湖。“院士要来我们车间了!”范旭东接到通知,激动地和大家分享。
不久后,王贻芳如约而至,走进汇达公司的生产车间。烧制玻璃料的炉温常年保持在1600℃以上,车间里热浪滚滚,王贻芳的衣服很快被汗水浸透。他站在安全线外,看着挑料师傅冯凯全副武装,手持不锈钢管在炉中翻滚,橘红色的玻璃液在不锈钢管顶端滚动,像一颗小小的太阳。
不一会儿,冯凯就将挑好料的不锈钢管递给旁边的吹制师傅冯小军。冯小军戴着墨镜和手套,将不锈钢管举到嘴边,深吸一口气,鼓起腮帮子用力吹向管内,同时不停地匀速转动吹管,气息均匀地被送入玻璃液内部。橘红色的球体缓缓膨胀,透出琥珀般的光泽。旋转、塑型、冷却……5分钟后,一个完美的玻璃球壳呈现在工作台上。
王贻芳走上前,仔细观察这个“灯泡”,晶莹剔透、纯洁无瑕,他转身握住范旭东的手,“你们的产品已经是世界第一了。”
那一刻,车间里爆发出欢呼声,“我们成功了!”
“制作这种玻璃球壳要挑起10千克的原料,而重量全凭手感。”冯小军回忆,“挑多了,壁就厚,挑少了又变薄。”这个20英寸光电倍增管的玻璃球壳对厚度的要求特别严格,“最薄的地方只有2.5毫米。”
今年39岁的冯小军,15岁便开始学吹玻璃技艺,20多年来主要做实验室器皿,尤其擅长吹制各类异形玻璃。“像冯师傅这样有体力、技术好,还能吹制超大尺寸玻璃器皿的师傅,全国也就20人左右。”范旭东介绍。
“吹制这个超大‘灯泡’压力很大。”冯小军说,“每吹一个,心里都绷着弦。吹坏了,不是废一个瓶子,而是可能耽误国家大科学装置的进度。”
“中国工匠能做到世界前沿”
真正的挑战,还在后面。
玻璃球壳要进一步变成光电倍增管,还需要完成“世界性难题”,将玻璃球壳与金属阀盘完美焊接。高硼硅玻璃的膨胀系数是3.3,而配套金属件的膨胀系数是5.0。如何焊接?
“那就‘软着陆’。”范旭东说,“从玻璃到金属,我们设计了六层过渡——3.3、3.8、4.2、4.5、4.7、5.0,像搭梯子一样,让膨胀系数一级级过渡。”
“退火也是一个难题。”范旭东回忆,“金属阀盘退火后会氧化发黑,影响密封性。起初方案是用酸洗。但在项目协调会上我提出来,酸洗污染大,车间的工人长期闻那个气味,对身体不好,而且也会对周边环境有一定破坏。”
王贻芳当场表态,工艺要改。“我们搞科学研究,不能以牺牲自然环境和工人健康为代价。”
于是,酸洗改成了机械打磨。“虽然花的时间更多,但值得。”范旭东说。
至此,一切难题都已迎刃而解,产品质量顺利通过中国科学院高能物理研究所21项技术指标的考核。2016年,产品正式投入生产。
2020年,第20000个玻璃球壳从汇达公司发出,送到相关企业进一步制作成光电倍增管。最终,这批被媒体称为“黄金瞳”的光电倍增管,被安装在广东江门地下700米的实验室中。当中微子穿过地层,与探测器内的液体发生反应,产生的微弱闪光随即被“黄金瞳”捕捉、放大。这个重大科研项目,将帮助人类解码宇宙的奥秘。
距离当初接到电话已经过去十多年了,如今汇达公司的产品结构已悄然改变:一半仍是维持基本盘的普通实验室玻璃器皿;另一半则是深海探测球舱等大科学装置定制部件。
今年11月25日,由汇达公司参与研发并生产的23英寸深海耐压玻璃球舱,顺利通过技术验收,这款玻璃球舱将用于高能水下中微子望远镜项目。
“以前我觉得,能对照国外大企业做出口烧杯试剂瓶就不错了。但现在我们知道,中国工匠,能做到世界前沿。”范旭东的办公室里,一本德国肖特集团的产品手册被翻得边角起毛。他说,目前,公司60%的产品出口到日韩、俄罗斯等国家,在手研发的新品达6个。
车间里,冯小军和冯凯依然每天站在炉前。他们的手艺,正随着汇达公司的产品,走向更多国家重大工程——从俄罗斯贝加尔湖的中微子望远镜,到中国南海的“海铃计划”,那些透明而坚固的玻璃球壳,如同一只只明亮的“眼睛”,正持续探寻着更多宇宙的未知秘密。
盐阜大众报/我言新闻记者:宋金淦 蔡冰清
编辑:梁鹤龄 崔治国 王艺蓉