国外著名实验室.pdf

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1、 国外著名实验室 卡文迪什实验室在现代物理学的发展中，实验室的建设具有重要的意义。以英国物理学家和化学家H.卡文迪什(Henry Cavendish)命名的卡文迪什实验室(Cavendish Laboratory)相当于英国剑桥大学(University of Cambridge)的物理系。剑桥大学建于1209 年，历史悠久，与牛津大学(University of Oxford)遥相对应。卡文迪什实验室创建于1871 年，1874 年建成，由当时剑桥大学校长W.卡文迪什(William Cavendish)私人捐款兴建的(他是 H.卡文迪什的近亲)，这个实验室就取名为卡文迪什实验室。当时用捐款

2、建了一座实验室楼，并配备了一些仪器设备。英国是19 世纪最发达的资本主义国家之一。物理实验室从科学家私人住宅中扩展为研究单位，适应了19 世纪后半叶工业技术对科学发展的要求，促进了科学技术的开展。随着科学技术的发展，科学研究工作的规模越来越大，社会化和专业化是必然趋势。剑桥大学校长的这一做法是有远见的。著名物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)(1831-1879)负责筹建这所实验室。1874 年实验室建成后他担任第一任实验室主任，直到他1879 年因病去世。在他的主持下，卡文迪什实验室开展了教学和科学研究，工作初具规模。按照麦克斯韦的主张，物理教学在系统讲授的同时，还辅以

3、表演实验，并要求学生自己动手。表演实验要求结构简单，学生易于掌握。麦克斯韦说过：“这些实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制仪器，虽然经常出毛病，但他们却会比用仔细调整好的仪器，学到更多的东西。学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件。”从那时起，使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统。实验室附有工作间，可以制作很精密的仪器。麦克斯韦很重视科学方法的训练，也很注意前人的经验。他在整理一百年前H.卡文迪什留下的有关电学的论著之后，亲自重复并改进卡文迪什做过的一些实验。同时，卡文迪什实验室还进行了多种实验研究，例如：地磁、电磁波的传播速度、电学常数的精密测量、欧姆定律、光谱、

4、双轴晶体等等，这些工作为后来的发展奠定了基础。1897 年麦克斯韦去世后，瑞利(James William Rayleigh,1842-1919)继任卡文迪什实验室主任。他因在气体密度的研究中发现氩而获1904 年度的诺贝尔物理奖。瑞利在声学和电学方面很有造诣。在他的主持下，卡文迪什实验室系统地开设了学生实验。1884 年，瑞利因被选为皇家学院教授而辞职。28 岁的 J.J.汤姆逊(J.J.Thomson,1856-1940)继瑞利之后任该实验室第三任主任。他因通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值获1906 年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。在他的建议下

5、，从1895 年开始，卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕业生当研究生的制度，建立了一整套培养研究生的管理体制，树立了良好的学风。一批批优秀的年轻学者陆续来到这里，在汤姆逊的指导下进行学习和研究。他培养的研究生中，有许多后来成了著名科学家，例如卢瑟福、朗之万、W.L.布拉格、C.T.R.威尔逊、里查森、巴克拉等人，其中多人获得了诺贝尔奖，对科学的发展有重大贡献，有的成了各重要研究机构的学术带头人。汤姆逊和卢瑟福最早证实了空气被X 射线游离。从游离现象推导出游离辐射(放射线)，也就是由原子释出能量范围广大的电磁波和粒子辐射。汤姆逊最负盛名的贡献是探讨阴极射线的性质，也就是电子的性质。他借着电

6、场以偏转阴极射线；在过去是用磁场使它子偏转。他终于证实电子为带负电的粒子。接着他又测定电子的质量，约为氢原子核的二千分之一。在当时它子是被视为最小的粒子。电子是属于次原子级的粒子，汤姆逊是证明次原子级粒子存在的第一位，从此打开了次原子级的门户。后来汤姆逊证实电子和物质相互作用的结果会产生X 射线，而X 射线和物质相互作用的结果却会产生电子。第一个原子模型也要归功于汤姆逊，也就是闻名的“葡萄干布丁模型”。他绘出原子为一球形，充满了正电荷，同时也有相同数目的负电荷(电子)。汤姆逊因在电子和气体导电两方面的卓越成就，获得1906 年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊领导的35 年中间，卡文迪什实验室的研究工作

7、取得了如下成果：进行了气体导电的研究，从而导致了电子的发现；放射性的研究，导致了、射线的发现；进行了正射线的研究，发明了质谱仪，从而导致了同位素的研究；膨胀云室的发明，为核物理和基本粒子的研究准备了条件；电磁波和热电子的研究导致了真空管的发明和改善，促进了无线电电子学的发展和应用。这些引人注目的成就使卡文迪什实验室成了物理学的圣地，世界各地的物理学家纷纷来访，把这里的经验带回去，对各地实验室的建设起了很好的指导作用。1919 年，汤姆逊的职位由他的学生卢瑟福(Ernest Rutherford)(1871-1937)继任。卢瑟福是一位成绩卓著的实验物理学家，是原子核物理学的开创者。他因在揭示原

8、子奥秘方面做出的卓越贡献获1908 年度的诺贝尔化学奖。卢瑟福更重视对年轻人的培养。在他的带领下，查德威克发现了中子；考克拉夫特和沃尔顿发明了静电加速器；布拉凯特观测到核反应；奥里法特发现氚；卡皮查在高电压技术、强磁场和低温等方面取得硕果，另外还有电离层的研究，空气动力学和磁学的研究等等。1937 年卢瑟福去世，由W.L.布拉格(William Lawrence Bragg)继任实验室第五任主任。W.L.布拉格与其父W.H.布拉格(William Henry Bragg)因在 X 线衍射分析晶体结构方面的成就共获1915 年度的诺贝尔物理奖。在二次世界大战的时候，实验室的主攻方向由主要从事原子

9、物理和核物理基础研究转向对雷达、核武器的军事研究。二战结束以后，鉴于从科学研究和对于国家安全的重要性出发，英国政府觉得核物理研究不应该在大学的一个实验室里进行，就专门成立了一个国家实验室。所以从事核物理研究的科学家就转移到国家实验室去了，钱也转移过去了。这样，实验室不仅经费短缺，研究方向也失去了。在新的形势下，实验室在布拉格的领导下，将主攻方向由核物理改为晶体物理学、生物物理学和天体物理学，实现了战略转移。他本人和他父亲在实验室进行X 光晶体分析技术进行生物大分子结构的跨学科研究。由于没有研究经费，布拉格一方面支持他的两个部下莱尔(Ryle)和 Ratcliff 领导的小组收集军队废弃的雷达组

10、装成原始的射电望远镜，开启了本世纪宇宙天文的研究。他又从医学研究委员会争取到一笔经费。当时柯立克(Crick)和华生(Watson)在实验室工作，他们对DNA 有浓厚的共同兴趣，加入了蛋白质结构分析小组，最终发现了DNA 双螺旋结构，建立了正确的DNA 分子结构模型。这个重大的科学发现被评为二十世纪最伟大的发现。布拉格的远见，在困难的条件下保证了实验室在这两个新兴学科上做出了辉煌的成果，发现了类星体、脉冲星、DNA 双螺旋结构，确定了血红蛋白质的结构等，造就了一大批诺贝尔奖获得者，为战后英国的科学争得了极高的荣誉。固体物理学家莫特(Nevill Mott,1905-1996)1954年起任实验

11、室第六任主任，直到1971 年退休。莫特 1905 年 9 月 30 日出生于英国利兹，1927 年在剑桥大学获硕士学位。莫特早期研究原子碰撞理论，并与马塞(H.S.W.Massey)在 1933 年联名出版了权威的原子碰撞理论一书，书中讨论了带电粒子的“莫特散射”。后来莫特转入固体物理学的研究，在金属导体、离子晶体、半导体等方面，做出了许多有影响的工作。1936 年莫特和琼斯(H.Jones)合著了金属与合金性质的理论，1940 年和格尼(R.W.Gurney)合著了离子晶体中电子过程，对现代固体物理学的形成和发展有重要的影响。第二次世界大战后，莫特等人研究了晶体缺陷及其对力学性质的影响。二

12、十世纪60 年代起，莫特致力于发展无序体系及非晶态物质的电子理论研究，有力地推进了非晶态物质研究的进展。1971 年莫特和戴维斯(B.A.Davis)合著了非晶态物质的电子过程。莫特因对磁性与不规则系统的电子结构所作研究的贡献，于 1977 年与其他两位科学家共获诺贝尔物理学奖。1971 年超导物理学家派帕德(A.Brian Pippard，1920-)任实验室第七任主任。派帕德 1953年根据在一系列超导体上所作的微波表面阻抗的测量结果，提出了相干长度的概念。1960 年发表了利用相对论研究穆斯堡尔效应的论文。1961 年派帕德收约瑟夫森(Brian D.Josephson)为研究生,指导他

13、做实验和理论研究。约瑟夫森研究超导隧道效应，写出了论文初稿，派帕德请正在剑桥大学访问的安德森(Philip W.Anderson)教授帮助审阅，他们三人进行了讨论。在安德森的帮助下，约瑟夫森1962 年在欧洲的物理通讯上他发表了划时代的论文在超导隧道中可能的新效应，从理论上预言了以后以他名字命名的约瑟夫森超导隧文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8

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20、A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3道效应，此时他只有22 岁。第二年有多人的实验证实了约瑟夫森的预言。约瑟夫森因此项工作而获1973 年度诺贝尔物理奖，而支持约瑟夫森研究的派帕德由于在论文上没有署名，失去了诺贝尔奖提名的机会。国际著名的理论凝聚态物理学家爱德华兹(Samuel Frederick Edwards，1928-)，1983-1995年担任卡文迪什实验室第八任主任。他1949 年毕业于英国剑桥大学，获硕士学位，后赴美留学，1951 年获得哈佛大学博士学位。1953 年到普林斯

21、顿高级研究院工作，次年回国，在伯明罕大学任教，1958-1972 年在曼彻斯大学物理系任理论物理教授。1972 年到卡文迪什实验室任教授。1992-1995 年任剑桥大学副校长。爱德华兹早期从事电动力学和量子场论研究，后将量子场论的概念和方法应用到固体物理和化学物理的各种问题上，包括液态金属、涡流、高分子物理及非有序磁性系统。最新研究领域包括粉末材料及玻璃的流动、拉胀性、神经网络的信息传递等。他在理论高分子物理方面的成就尤为突出，其标志便是国际公认的爱德华兹哈密顿量的问世。他发表论文250余篇，专著2 部以及若干有关科学技术的政策性论著和报告。1995 年起担任实验室第九任主任的弗伦德(Ric

22、hard H.Friend，1953-)是位实验物理学家。弗伦德在实验中发现，有机聚合物在电场中可以发光，这个将电转化成光的新途径为有机聚合物的应用开辟了广阔的前景。由于有机材料的特点，可以很容易地调节半导体的能隙和功函数，提高发光效率，改变光的颜色。现在，用有机材料制造的电致发光、象素显示、信息存储等方面的产品已进入市场。二十世纪70 年代以后，古老的卡文迪什实验室已经大大扩建，研究的领域包括天体物理学、粒子物理学、固体物理以及生物物理等等。卡文迪什实验室在近代物理学的发展中做出了杰出的贡献，近百年来培养出的诺贝尔奖金获得者已达20 余人，卡文迪什至今仍不失为世界著名的实验室之一。橡树岭国家

23、实验室橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory，简称 ORNL)是美国能源部所属最大的科学和能源研究实验室。作为美国曼哈顿秘密计划的一部分，为首先开发出生产和分离钚，橡树岭国家实验室于1943 年成立，原称克林顿实验室，2000 年 4 月以后由田那西大学和Battelle 纪念研究所合伙管理。20 世纪 50 年代和 60 年代期间，橡树岭国家实验室是从事核能和物理及生命科学相关研究的国际中心。70 年代成立了能源部后，使得橡树岭国家实验室的研究计划扩展到能源产生、传输和保存领域。到本世纪初，该实验室用和平时期同样重要但与曼哈顿计划时期不同的任务支持着美国

24、。橡树岭国家实验室的任务是开展基础和应用的研究与开发，提供科学知识和技术上解决复杂问题的创新方法，增强美国在主要科学领域里的领先地位；提高洁净大量能源的利用率；恢复和保护环境以及为国家安全作贡献。2003 年 8 月 1 日起，Jeff Wadsworth 担任橡树岭国家实验室现任所长。他是国际上公认的冶金学家，曾任位于俄亥俄州首府哥伦布市Battelle 纪念研究所的首席执行官，集中从事能源部科学计划、技术转让和国土安全方面的工作。2002 年 8 月到 Battelle 纪念研究所工作之前，任劳论斯.利弗莫尔国家实验室负责科技的副所长。1980 年-1992 年，在 Palo Alto 研

25、究实验室为洛克希德导弹和空间公司工作。2003 年，他因在开发先进材料和超塑性，以及在确定大马士革和其他钢种的历史和产地所做出的突出贡献，和在科学上维护国家安全方面的广泛主导作用而被选为美国科学进步协会的会员。橡树岭国家实验室现有雇员3800 多人和客座研究人员大约3000 人。客座研究人员每年在橡树岭实验室工作2 周或更长的时间。其 2003 财政年度的经费首次超过10 亿美元。田那西大学-Battelle 纪念研究所每年提供120 万美元，用于支持橡树岭地区的数学和科学教育、文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C

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32、I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3经济开发和其他项目。橡树岭国家实验室许多科学领域在国际上处于领先地位。它主要从事6 个科学领域方面的研究，包括中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全。橡树岭国家实验室正计划投资3亿美元，为下一代大科学研究提供现代化的场所。经费将由联邦政府、州政府和私营部门提供，

33、用于建造11 个新的装置，包括功能性基因组中心、纳米阶段材料科学、先进材料表征实验室和计算科学联合研究所。投资 16 亿美元的散裂中子源将于2006 年竣工，它是世界上最大的民用科学项目届时橡树岭国家实验室将成为世界上首屈一指的中子科学研究中心。瑞士保罗谢勒研究所瑞士国家实验室PSI 瑞士保罗谢勒研究所(Paul Scherrer Institute，简称 PSI)是瑞士科学和技术的多学科研究中心。在与国内外大学、其他研究机构和工业界的合作中，PSI 在固态物理、材料科学、基本粒子物理、生命科学、核与非核能研究及与能源有关的生态学的研究中非常活跃。PSI 是瑞士最大的国家研究所，有雇员1200

34、 人，是瑞士唯一这种类型的研究所。PSI 研究的重点放在基础研究和应用研究，特别是与可持续发展有关的领域和对教育和培训具有重要意义、但超出大学单个系能力的领域。PSI 研制和运行需要特别高标准的技术诀窍、经验和专业的复杂研究设施，拥有散裂中子源，瑞士光源(SLS)等大科学装置，是世界上的国内外科学界主要的用户实验室之一。通过它开展的研究，PSI 获得新的基础知识，并积极促进其在工业上的应用。例如，PSI 的设计人员通过一些特殊的技巧来让SLS 所产生的射线的能量达到与欧洲同步辐射装置(European Synochrotron Radiation Facility，简称 ESRF)相同的功能，

35、把现有的用来增加X 射线密度和扩大波长范围的波动器技术发挥到了极限。尽管这台加速器的周长只有288米，可以产生的电子束能量达到了2.4 千兆电子伏特，而成本只有8900 万美元，比ESRF 建设成本的三分之一还要少。因为量子力学和相对论理论的出现，一个世纪以来人们对400 年前伽里略有关宇宙发现的认识一直受到冲击。科学革命在历史上从来没有这样快和戏剧性地改变我们的生活。研究人员通常受好奇心和发现的欲望所驱使，想解释太阳如何运行，想知道所有的原子谱，或了解脑中的图形认知，想了解有关宇宙起源的基本问题和自然界如何运作。研究还喜欢冒险和冲破阻碍。自从很久以前美洲发现以来，阻碍形形色色，再次造访月球的

36、任何人仅需步 Neil Armstrong 的后尘。PSI 开展基础研究，多数由瑞士纳税人的钱支付。我们的令人兴奋的问题和吸引人的项目吸引许多具有奇异思想的人。例如，我们对热超导体是如何工作、一个新的称为黑格子玻色子粒子的存在，或无所不在的摩擦机制感兴趣。为此，我们必须在PSI 或其他地方开发新的实验方法譬如像确定蛋白质的结构，利用质子治癌，然后用于其他的科技领域。社会仅在100 年后从一些发明中受益，但在PSI 培养的年轻人出去做生意，并还成立像Sensirion、SwissNeutronics 和其他的创新的公司。这需要有一个欢迎企业家的环境 具有低成本资产、最适宜的贸易条件、文化和好的学

37、校。瑞士在这方面当然可以有所提供。我们为高质量的生活付出能源高消费的代价。但是，要为世界上所有的人都提供相同数量的能源，我们缺乏资源。因此，我们的义务是利用我们的知识和能力降低消耗，并寻找资源。PSI 在用一种安全、可持续性和对环境友好的方式处理能源资源方面做出重要贡献。PSI 的指导原则质量 PSI 承诺开展最先进的科学研究，促进和开展交叉学科研究，面向市场，质量领先。用户实验室为自己的利益，PSI 在设计、建造和运行大型装置方面与国内外研究界文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3

38、W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O

39、5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编

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41、5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10

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44、P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3进行合作。研究 PSI 利用自己复杂的装置在物理、化学、生物、能源技术、环境科学和医学方面开展自己的研究。继续教育和培训PSI 与大学密切合作，为雇员提供继续教育和培训。技术转让 PSI 与工业界结成伙伴，促进研究成果转化为新产品、新技术和新工艺。社会方面通过开展具有国内和国际上重要意义问题的研究，培育与大众的公开对

45、话，PSI 力争与社会发生关联，并负有解释的义务。PSI 的组织结构PSI 的科学研究课题广泛：人类与健康(Humans and Health)研究部生命科学辐射医学实验室放射性药物科学中心生物分子研究实验室新材料和微结构(New Materialsand Tiny Structures)研究部同步辐射和纳米技术同步辐射实验室(LSY)微技术和纳米技术实验室(LMN)一般能源(General Energy)研究部一般能源(ENE)能源和物质循环实验室(LSK)太阳技术实验室(LST)燃烧研究实验室(LVF)电化学实验室(LEC)大气化学实验室(LAC)核能与安全(Nuclear Energy

46、and Safety)研究部核能与安全(NES)反应堆物理和系统行为实验室(LRS)热工水利学实验室(LTH)材料行为实验室(LWV)废物管理处(LES)最小和最大(The very smallest and the very largest)研究部粒子和物质(TEM)粒子物理室(LTP)天体物理室(LAP)放射化学室(LCH)离子束物理室(LIP)谬子作为磁微探针(Muons as Magnetic Microprobes)研究部用中子和谬子研究凝聚态物质凝聚态物质理论室中子散射实验室(LNS)散裂中子源实验室(ASQ)谬子自旋谱学实验室(LMU)低温设备室大型研究装置(Large Rese

47、arch Facilities)大型研究装置部(GFA)加速器/发展/运行(ABK)加速器/装置和系统(ABE)技术支持/协调和运行(ATK)后勤部(LOG)文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I

48、5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8 HY4B4E3C6P7 ZJ3W10K6O5W3文档编码:CC8M5I5A10C8

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