本帖最后由 aoitsukasa2me 于 2024-6-8 07:33 编辑 1 g7 v* {% [2 w$ g) K
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【他山之石】合肥光源
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0 j% P) a, q, s" z8 b6 c& j2017.4重要旧闻-我与国家同步辐射实验室建设——裴元吉教授访谈录(节选) 来源:《中国科学技术史杂志》第30卷 第二期 时间:2017-04-19 17:39 : v4 D2 S6 b, r# _
中国科学技术大学国家同步辐射实验室(以下简称“NSRL”)是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室,为我国三大核科学基地之一,其创建与发展,在我国系列大科学工程建设中具有重要的意义。该建设项目于1992年获得中科院科技进步特等奖,并于1995年获得国家科技进步一等奖。针对NSRL创建的前期背景、酝酿、筹备、预研制、立项、审定、挫折、初建、验收、改进、扩建等等曲折发展历程,“中国科技大学口述历史项目组”开展了一系列对于NSRL创建与发展中的重要参与者与亲历者的访谈。
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1 u: q, i% z. Q# t$ o% q图1 访谈合影 左起陈家新、郁百杨(摄像)、裴元吉、丁兆君。2007年4月 ) O# z q3 D% s% A0 `
1 科大的加速器专业
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丁兆君(以下简称“丁”):裴老师您好,您作为国家同步辐射实验室的开创者之一,见证了我校加速器建设的全过程。我们想向您了解我校加速器发展的主脉络,尤其是您所参与的工作及其成就。首先,我们想先请您谈谈我校加速器专业的发展情况。
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裴元吉(以下简称“裴”):加速器专业在我们系(科大近代物理系)来讲,一开始它还不算是一个专业,它是电物理专门化当中的一个方面。这个电物理专门化当时分三个方向:一个是加速器,一个是核电子学,还有一个等离子体物理,在当时来讲,国内的加速器是要为原 子 弹制造提供核数据,作为核反应与核科学研究的工具。我们学校之所以搞这个,是因为赵忠尧先生是我们的系主任,从国外带来了一台加速器,当我们入学以后不久,就开始将这台加速器在玉泉路实验室进行安装和调试(大概是六二、六三年的时候)。加速器在当时主要给学生做实验,能量是1MeV,但调试过程中能量最高只调到0.7、0.8 MeV。
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9 V2 U: |7 }7 h, P% Y丁:那么您是什么时候才开始做跟加速器相关的工作的?/ ~" n- K% j# A! X. }! f
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裴:对我本人来讲,做加速器是在1969年。国家搞了一个“696电子会战”,其中一个项目就是制造超大规模集成电路,用加速器的办法。这个项目叫做微米离子束掺杂机,在北京,有科大,有清华,有北大,738厂,还有其他一些单位参加。我们学校一共18人参加,我作为学校方面的负责人。真正自己动手安装加速器,这对我来说是第一次,接着经过昼夜奋战就把加速器安装调好了。这个加速器是由上海先锋电机厂生产的,它出厂时只能把高压调到160kV 。经过我们的努力,当时我是负责这方面的(参加这个组的还有王忠民、李力行老师),调到200kV,接着到220kV,算是比较好的。然而不幸的是,正在做这项工作的时候,学校下迁,非要我们下迁,我们是晚一年走的,一直还留在北京做这个事。学校下迁的第二年,安徽工宣队非要我们下到合肥,不得已就停了这个项目的研究。
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/ f& C$ M4 K( |. O; h! W丁:那到了合肥之后呢?0 I, ~; l2 }) ~! K
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裴:到了合肥以后,当时学校这个状况,把加速器拿到这儿(合肥)来装,并不大可能。就这样过一段时间。我们当时很年轻,很不甘心。我们专业主任最早是李整武先生,他在六几年就到四川乐山那边585所(现中核集团核工业西南物理研究院)当所长,后来,我们系还有一位杨衍明先生,还有孙良方先生。到了合肥以后,杨先生是随校下迁了,孙良方因为WG被关起来了,学校下迁没多久他就到美国去了。我们这个专业到了合肥以后怎么发展,大家都没谱。有一段时间,我们系是保留的,三机部不管,据说二机部刘西尧要我们到重庆去联合办一所大学。当时我们的校领导武汝扬副校长(也是副书记)说:“你不能砍我的胳臂大腿,把我们的两弹一星去掉一个胳膊,我们怎么办?”所以重庆就没有去。到1973年科大重新划归科学院以后才办加速器专业。
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( p+ d# c. {* U6 @丁:是怎么办起来的呢?
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' L% }6 ^* C3 ]裴:之后,我们才知道这个专业要办。我们的专业可以招生,但招生以后从教学角度来看,没有条件给学生提供一个实践的环境,当时就想把已有的加速器装起来,想干这个事。开始在北区食堂东面的房子里把电子静电加速器搭起来,让学生对这类加速器有个直观的了解。后来我们商量向院里申请钱盖房子建加速器小楼。1975年科学院同意给钱,1978年就建成了。然后倍加器装成了,上面准备装赵忠尧先生带回来的那个质子静电加速器,但所花的时间还是不够,条件也不成熟,没能做成。8 j T* Z' @) o+ A- G# o
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丁:那时候我们已经准备正式办加速器专业了? R* _, g4 G* Z7 `+ y4 Q
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裴:对。1975年成立了专业委员会,跟等离子专业已经分开了,跟核电子学也分开了,到后期就叫加速器专业了。: j/ }& [# k) R( Z" P
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丁:早期我们的加速器专业(或者说方向)留下了很多人吗?
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r _% L8 V; X7 s; t裴:我们学校建成以后,每个专业每年留2个人。加速器方向每年只留1个人。最早留的一个是1958级的,叫黄悦昌,到合肥待了不久就因为爱人工作的原因回北京了。第二届就是我。下一届留了2个,一个是王萍,一个是金鹤鸣。1961、1962级就没了。
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% U) ?5 ?- G3 O0 w丁:咱们专业自己培养的学生,在后期的同步辐射加速器建设中,除了您之外,还有哪些是技术骨干?
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裴:我们系的除了我和王萍,还有姚志元、王复华、王德发、刘祖平等。他们都是到了实验室后我们送出(国)去的。他们除刘祖平外其他都不在国内了,早就出去了。王萍1984年就走了,都20多年了。, K. a% f' c1 N! t" v5 V
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( E. G& |2 I: p6 B) U2、早期的科研努力% g* K& t% t- T/ o# }/ ]. r
, c) X7 m2 y- @6 C& b6 D. j丁:科大南迁合肥之后,又办起了加速器专业,但初期并没有加速器,那我们科研工作如何开展呢?
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7 H8 D0 ^2 \3 |7 Q# A) u2 ?裴:加速器专业办起来之后,大家都在考虑:我们的专业到底是往哪个方向发展?我们那时年轻,不到40岁嘛,30多岁,到底要干什么?我们当时能念书跟现在不一样,我们的的确确是国家培养出来的。当时我们想,我们念书是为国家做奉献,我那时在农村,家里肯定是没钱供我上大学的。我当时考上科大,上北京的路费都是靠各方支持,中学学校以及老师资助才到达北京。所以像我们这一代人总想通过个人的努力做出些成绩,为国家做奉献,做一个报答。也就是报恩吧,就是这么个想法。特别是我们这个专业国家又是很需要的。+ k( [$ e4 q& s
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# f, F* h6 P) V2 S5 X( x丁:我们从档案馆看到一份文件,说我们学校1975年搞了一个加速器实验室,投资32万,规划了将近2000m2,上面到底有没有给钱建设?
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裴:没有,1975前后,我们通过几次讨论,准备建一个跑道式的电子回旋加速器,因为这个加速器可以开展医学方面和其他方面的应用,就想做这个事情。包忠谋副校长,当时是科研处处长,就给了我们点钱做理论研究。物理计算都做了,文章也发表了,《科大学报》上都有的。但是后来实际建加速器没钱,就不了了之了。如果有那个东西,后来的同步辐射装置也许就不做了。% C g# ^. X" ~4 ^0 R$ P
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丁:质子加速器没有建成,跑道式加速器也没有建成,那科研工作如何进行呢?
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裴:那时候,高能所的“七五三工程”就要上马了,当时我就到北京,想去要点任务,参与到他们的项目之中。去谈了以后,根据我们的能力,当时有几个事情可以做,一个是负离子源,这是我们可以做的;第二个是我们学校精密机械系已经成立了,他们要做精密磁场测量系统,这个我们可以参加;第三个是做高频腔内的磁性材料,铁氧体磁性材料,这个材料要求功率密度很高,当时世界上只荷兰一家能生产,而荷兰对我们国家是禁止出口的。这三个事情拿下来后,离子源的事情由我们来做。但是要我们先写调研报告,我们以我为主进行了调研。其他两个事情,也都已启动。我们组织了好几个人,调研了差不多半年功夫,各种技术设计都写得很详细。调研之后我到了北京,带了很厚很详细的调研报告给他,设计方案、理论计算、经济预算等我们都做了,挺好的一个报告。到了高能所以后,就在那儿等着回话,我就住在玉泉路。住了一个礼拜,问他们,说等一天吧;到了第二个礼拜,我就找他们,他(朱孚泉)说你的调研报告写的挺好,但我们自己做,不要你们做了。当时我很生气,但没办法,为了这个事情我心情很不舒服。! L& F1 k# g* P3 I5 k/ h* O/ w
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- f8 C+ _2 j) r* M丁:就没有商量余地了吗?他们那么大的一个项目,总可以分一点事情来做呀。9 p- s, r! b( b0 J% c
2 B! W& _2 o4 v- a9 J$ J, M! b( I裴:大概1975年底的时候,具体时间我记不起来了,钱三强先生来了合肥,当时我就找他,讲了这个事。和钱先生这次见面谈话对我启发很大,我本来是想他能支持一下,让高能所把负离子源的事情给我们来做。他听了我的汇报后说:“谁要你们抱人家大腿的?我们抱大腿的亏吃的还少吗?过去我们抱苏联的大腿,他踢你一脚,爬都爬不起来!你们要立足自己来干这个事情。”那时候我差不多一年里有半年都在外面跑,虽然教研室主任是何多慧,但因为他是系副主任兼的,所以很多具体的事情都是我来操办,我经常出去跑项目,弄钱,为了我们专业的发展,但一直没什么结果。钱先生的这句话对我触动很大,回来就想怎么办,我们教研室老师一起就重新调研,想路子。于是就查找文献,国内国外的,很多,调研之后决定:就做同步辐射加速器。这是我们大家,整个教研室的共识,当然这也与科学院数理化局给了一些信息有关。
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1 Y7 N+ H# o3 n& ?, H: u: U3、预研制的成功与影响
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丁:下面我们想请您谈谈我校同步辐射加速器预研制过程。
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裴:预研制主要有两个内容,一个是加速器的整体设计,即物理设计;第二是关键部件的研制。同步辐射加速器项目定下来之后我们就分工,每个人在各自所管的部门,经过调研、学习后,再来给大家做报告。然后就是出国考察学习,请国外专家。先把方案定下来,看看怎么做,把大方向定下来。预研制的关键部分,一个30MeV电子直线加速器,这是一个完整的加速器,不是一个部件;二是弯转磁铁;第三是四极磁铁,第四是五、六米长一段的超高真空系统。立的是这四项,但相关的我们还做了一些东西,如冲击磁铁,当时是由我指导王相綦做的研究生论文,我们当时也做好了,不是院里给的要验收的项目。当时我们教研室就二十几个人,到1981年也就四十几个人,并不是很多。1981年就做完了物理设计和预研项目,当年10月份就开了个物理设计和预制研究审定会,当时与会专家评价很高,说为加速器界平了反。因为(高能所)“七五三工程”、“八七工程”做的让人很不满意,花了九千万没看到什么东西。我们当时只花了三百多万,一个直线加速器建成了,出束了,弯铁做好了,四极铁也做好了,超高真空系统也做好了,这都是国内第一次达到的高水平的成果。这些合在一起获得中科院重大科技成果一等奖。这一步成功,以后我们心里就有底了。我记得杨振宁1981年到我们实验室访问,他参观了我们的研究成果后,讲了句很值得回味的话。他说:“你们在这里做出了这么好的成果,是不是远离政 治 中 心的缘故?”高能所的人也讲:“你们一个人顶三个人!”的的确确,加速器小楼里,自从上班开始到晚上十二点没有关过灯,通宵达旦!
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/ K. Y. |9 d, n) \% K6 k2 X. a丁:我们一个直线加速器做了多久?
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0 N7 L* Z* b4 O$ U( y7 R! Q5 E: e裴:从1978年买机床,到1981年就建成了。我们出束那一天正好是中国女排拿冠军那一天。当时没经验,真空老不行,我们就去看排球赛,当时楼下有一个黑白电视机,看女排拿了冠军,11点钟,大家很高兴,我们一上去调就调好了,太阳出来了(束流打在荧光靶上很亮)!这就是1981年的事。后面做加速管就是重复的工作,改进的工作,提高性能。 s- F/ P3 {" h
2 l! u* N, R3 i. k图2 预研制阶段,张文裕、何泽慧两位院士参观30MeV的电子加速器 , F' m S4 ?/ O- x4 L
丁:在建直线加速器中有哪些事是主要的呢?; ^2 w7 p% [( H8 N+ M3 ~( S0 f
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裴:直线加速器有几个关键的部件,一个电子枪、一个加速管。电子枪虽然我也管,但主要是张柏雄他们做,后来是王贵诚。这个电子枪很重要,用了雷达上的一个调制器,它能产生8万伏的脉冲高压。第三是一个很大的功率源,这个调制器也是很难做的。其他就是真空系统,10-6、10-7乇(Torr 真空压强单位)就够了,不要10-10乇。很头疼的是数据测量,根本就看不见信号,干扰非常大。这个问题1985年我到日本去才搞明白怎么回事。做预研意义很大,没把握不能一下子上大工程,我们是1:1做的,做成了就能用。
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丁:那其他几个组呢?包括二级磁铁,四级磁铁。
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裴:当时我们分工但不分家。比如二极铁,当时怎么做呢?铸造,因为储存环需要恒定磁场,铸造是最容易的。当时我是不大赞成这样做,我认为应该做叠片式的。但按分工这事是张武来做,我们尊重他。最后测试结果还不错。四极铁也是这样,它的极面加工要求很严,当时我们计算机水平还不行,所以基本形状是仿造国外做的。超高真空系统是我分管的,我还兼任过组长。储存环上的光电解析现象很严重,同步光打在真空室壁上之后会放气,这是光致解析现象,光打在壁上出来的电子会带几个气体分子出来。我接任以后第一步就是设计整个真空系统,从电子枪开始一直到储存环,整个物理设计是我做的,所以我就看文献,看了一两个月,我就开始算,到了5月份我就完成了物理设计。预研过程李贵和老师一直负责预研项目,而物理设计报告是我做的。包括分布泵的公式是我推导的。后来我发现欧洲的ESRF的设计报告中有关分布泵排气的公式与我推导的一样,很是欣慰。( ^" `* e3 j& D0 m. Q% @
" [& G) \6 s+ e! j图3 1962年,张武在向学生(左起为裴元吉、江泽刚、高林珍、刘凤翘、秦鹤新、徐荣辉)讲解加速器原理 ! o. Z( r Q2 N4 {+ y
丁:是不是我们预研的成功在很大程度上保证了最后建设的成功?' f2 y1 X* R) a z, T, r1 j
) k* ~+ n4 \8 e* Z7 H裴:那是。对于我们自己来说,至少信心比较足了。关键技术我们都有了,其他都是量的问题。所以很多技术不是我们copy人家。1981年下半年一些外国专家来访问,其中就有威斯康辛搞真空的,他来看了说这个你们能做成我们也就放心了。因他们没做这个预制研究,最后就出问题了,花了很长时间才解决。我们当时钱不够,做了脉冲切割磁铁,放在储存环真空室外头,前面必须窗隔开,这样电子穿进去时因为能量低,大部分电子散角加大致使储存环不能捕获而丢掉,要累计几百毫安就很困难了,这怎么办呢?当时我有一个想法,把矽钢片上的漆去掉,用陶瓷代替,没想到这么一做,有一个奇异的发现:喷涂的Al2O3粉烘烤后竟然不放气反而吸气。这个测量是请等离子体所给我们测的。这样做出来的真空室可以直接放到储存环中去,这已是1983年的事,是世界首创。1989年我在国际真空会议上报告这个事情,他们问我们是怎么做的,当时我说是工厂做的。你一说是企业做的,他们就不问了;如果你要说是在实验室做的,他们就会问到底,因为实验室做的不保密。我们为什么省钱?所有东西除了和兄弟单位合作外,有些是我们自己做的。高能所安装加速器是从总 参等单位请的人来做,花了好几百万,我们安装完一算才2万块钱。从买机床、培养工人开始,自己做。当时机床做的最好的在山东济南,我们当时一下子就买了四台,买了以后就培养工人。这不但省钱,还为现在生产加工加速管奠定了基础。' L) P! H4 P( u @
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% |3 w- |4 o2 u, Y X丁:预研制的成功,在国内外引起了怎样的反响?0 Y4 N& _" a1 h* w- y3 e( h
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裴:当时建成之后影响很大,中国各大报纸都报道了,美国很多媒体也报道了。《世界日报》、《华侨日报》。特别是美国的《世界日报》报道以后,引起台湾当局的重视,他们也决心建加速器。+ E: F$ y$ f9 \0 C0 h; P' _% I
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丁:他们是在那个报道以后才开始(准备建加速器)的?$ [8 y1 B, S& B6 l: |
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裴:对,就是1981年。你要查他的报纸也知道,可能是1981年1月份左右。钱临照先生很关心我们的事,当时他和台湾的行政院院长(李国鼎)是同学,他们在剑桥时关系很好,后来两人有书信往来。钱先生从他那儿得知台湾也要搞同步发射装置。9 l. T" P$ b- s$ V
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, Q5 L( N0 \* G' g: D6 N丁:我看过一封杨振宁先生给钱先生的信,说台湾的报纸登出他们准备建同步辐射加速器了。' A4 {( }( A9 L+ g3 d
8 E f1 D. l8 j7 O/ `裴:这个事情引起了我们国家的注意,据说谁先把同步辐射加速器建成,似乎牵涉到两种 制 度的优越性。当然我有不同的看法,但当时可以告诉关心我们的人,我们的同步辐射加速器肯定比台湾先建成。第一依据是台湾当时没有核技术人才。1979年我们在国外碰到一聊,他们根本没有原子核物理、原子核技术专业,因为蒋 经 国当 政的时候不允许发展这方面的科技,所以没培养这个人才。他们突然把人才集中起来搞加速器,跟我们已花了三年预研制相比,要比我们干得快是不可能的事情。后来有人硬扯到高能所跟他们(台湾)竞争,其实他们二者是不同的,高能所做的是高能物理,台湾跟我们都是同步辐射,与他们是两码事。实际上起因是台湾跟我们竞争。; g3 S) X0 G! ]
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丁:我觉得就是台湾跟我们竞争,高能所又跟台湾竞争。9 Y0 K1 \8 u) b2 R6 f' B/ K
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裴:对。但高能物理受中 央 领 导、李政道等大科学家的重视。不过杨振宁先生对同步辐射一直关心支持,他的学生(陈晓东),学的是粒子物理,毕业以后杨振宁却建议他搞同步辐射应用。
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