為加速器事業(yè)“加速”
——記北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸元榮教授

本刊記者 張偉東

為加速器事業(yè)“加速”
——記北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸元榮教授

本刊記者 張偉東

春桃悄綻蕾，柳展暖風(fēng)輕。這是春天的北大未名湖，諸多大師在湖畔留下的身影賦予了它深厚博大的人文底蘊(yùn)。正是在這柳煙飛絮的季節(jié)，我們見到了陸元榮教授，簡樸的衣著，樸實(shí)的話語，蘊(yùn)含的卻是他二十多年來流連在未名湖畔為祖國加速器“加速”的夢(mèng)想。

加速，永不停歇的腳步

加速器是用人工方法把帶電粒子加速到較高能量的裝置，可應(yīng)用在化學(xué)、放射生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、固體物理等的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)照相、癌癥的診斷和治療、高純物質(zhì)的活化分析、某些工業(yè)產(chǎn)品的輻射處理、農(nóng)產(chǎn)品及其他食品的輻射處理、宇宙輻射和核爆炸模擬等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍很廣。

“在過去的30年里，這是我們研究的第四臺(tái)RFQ加速器，它運(yùn)行穩(wěn)定，目前已應(yīng)用于材料輻照研究，將來有很好的應(yīng)用前景。”在實(shí)驗(yàn)室里，陸元榮教授指著一個(gè)很大的裝置向我們介紹。他還告訴我們，自上世紀(jì)七八十年代以來，射頻四極場(chǎng)(Radio Frequency Quadrupole，以下簡稱RFQ)加速器作為一種強(qiáng)流低能直線加速器已獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)在于能直接加速從離子源中引出的低能離子，并將加速、縱向群聚、橫向聚焦與匹配等多種功能匯集于一個(gè)結(jié)構(gòu)之中，高效率地將數(shù)十毫安乃至數(shù)百毫安的強(qiáng)流離子束加速至設(shè)計(jì)能量。RFQ的這種特性使它成為一種最常用的低能強(qiáng)流加速器?，F(xiàn)在常見的RFQ有四翼型和四桿型兩種。

北京大學(xué)是我國第一個(gè)也是唯一的從事四桿型加速器研制的機(jī)構(gòu)。早在1984年，北京大學(xué)的RFQ加速器課題組就在陳佳洱院士的領(lǐng)導(dǎo)下提出了適合于加速重離子的整體分離環(huán)型RFQ加速結(jié)構(gòu)。那時(shí)的陸元榮還是北京大學(xué)技術(shù)物理系原子核物理學(xué)專業(yè)的一名學(xué)生。從1987年起，課題組在國家自然科學(xué)基金的資助下，對(duì)RFQ加速結(jié)構(gòu)的物理、束流動(dòng)力學(xué)、工藝及高功率等特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，陸元榮有幸在畢業(yè)后就參與其中，在科研的征途中邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

為了盡快使重離子RFQ這種新技術(shù)在我國得到應(yīng)用和發(fā)展，1993年國家自然科學(xué)基金繼續(xù)將建成實(shí)用化的重離子整體分離環(huán)型RFQ列為重點(diǎn)項(xiàng)目。同年4月，26兆赫RFQ實(shí)現(xiàn)了首次出束，將N+離子加速到了300千電子伏的設(shè)計(jì)能量。之后又在1999年底建成了1MeV重離子整體分離環(huán)RFQ（ISRRFQ)加速器。

“我們研制的RFQ加速器的最重要的結(jié)果是在同一個(gè)加速結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了正負(fù)氧離子的同時(shí)加速。實(shí)驗(yàn)測(cè)得正負(fù)氧離子同時(shí)為加速電場(chǎng)所俘獲，并分別聚集于相應(yīng)的兩個(gè)平衡位相上，兩者的位相差正好為180度，與事先的模擬計(jì)算結(jié)果完全相同?！标懺獦s教授介紹。

步入21世紀(jì)，北京大學(xué)又發(fā)展了可將加速能量有效提高的新型分離作用RFQ加速結(jié)構(gòu)（SFRFQ），并于近年建造了1臺(tái)加速腔實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，它與ISR-1000構(gòu)成一低能強(qiáng)流的組合加速系統(tǒng)。北京大學(xué)還參與了973項(xiàng)目350MHz四翼型強(qiáng)流質(zhì)子RFQ加速器的研究工作，并研制了1臺(tái)全尺寸無氧銅工藝腔。就在剛剛過去的2011年底,他們建造的中子源用200MHz、2MeV/50mA微翼四桿型氘離子RFQ加速器成功出束,初步獲得15mA的輸出流強(qiáng)。

在這個(gè)過程中，陸元榮教授參加和完成了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)“重離子整體分離環(huán)RFQ加速結(jié)構(gòu)的研究”、“RFQ加速器同時(shí)加速同荷質(zhì)比正負(fù)離子的實(shí)驗(yàn)研究”、“RFQ加速器用高頻并饋系統(tǒng)的研究”、“基于RFQ加速器的加速器質(zhì)譜計(jì)的物理及其技術(shù)研究”；作為重要研究成員完成了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目“重離子整體分離環(huán)RFQ加速系統(tǒng)的研究”，研制成功1MeV RFQ加速器，加速12C+、14N+、16O+至每核子65keV能量。

由于出色的科研能力，陸元榮教授先后兩次受邀赴德國參加研究工作。1994年受德國重離子物理研究所邀請(qǐng)參加UNILAC的強(qiáng)流、高電荷態(tài)直線注入器改造計(jì)劃，負(fù)責(zé)研制27MHz、36MHz、108M H z、模擬、數(shù)字移相器以及相關(guān)的高頻控制系統(tǒng)。2001年受邀跟隨U.Ratzinger教授從事并負(fù)責(zé)海德堡大學(xué)重離子治療癌癥用IH直線注入器研制。目前該裝置已經(jīng)安裝在德國海德堡大學(xué)，并用于癌癥病人的康復(fù)治療，截至2010年上半年，已經(jīng)有近百位病人得到有效治療。

陸元榮（前排左二）RFQ中子照相團(tuán)隊(duì)

2008年底，陸元榮教授協(xié)助陳佳洱院士圓滿完成國家自然科學(xué)基金委委主任基金項(xiàng)目“分離作用RFQ加速系統(tǒng)的研究”，項(xiàng)目進(jìn)展取得了預(yù)期的成果，驗(yàn)收專家組對(duì)項(xiàng)目的研究成果評(píng)價(jià)為A。目前作為北大RFQ與中子照相課題組長，陸元榮教授負(fù)責(zé)北京大學(xué)200MHz強(qiáng)流氘束RFQ加速器的研究和低能散度新型梯形IH-RFQ加速器的研究，并參與激光加速獲得準(zhǔn)單能質(zhì)子的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

“為了我國的加速器事業(yè)，我們應(yīng)該再接再厲，加大研究力度，迎頭趕上國際RFQ快速發(fā)展的步伐。”正是懷著這樣的理想，二十多年來，陸元榮教授一直為我國的加速器事業(yè)不停地“加速”。

駐足，國家發(fā)展的需要

如果說陸元榮教授的“加速”人生中曾有過“駐足”，那毫無疑問是為了北大。30年前，他懷揣著夢(mèng)想走進(jìn)北京大學(xué)，成為一名北大學(xué)子，從此，他就與這里結(jié)下了不解之緣。盡管兩次受邀赴德國重離子物理研究所工作，最終他都選擇了回到北大。他說：“這里有我非常好的老師、同學(xué)和學(xué)生。”樸實(shí)的話語中透出的卻是濃濃的情誼。

這份濃情讓他在科學(xué)的道路上不懼艱難，執(zhí)著地探索?！拔覀兊目茖W(xué)研究每天都是在解決問題?！边@是陸元榮教授經(jīng)常跟學(xué)生說的一句話。他也確實(shí)是這么做的。八九十年代，國家經(jīng)濟(jì)比較困難，面對(duì)經(jīng)費(fèi)緊張、人手缺乏，“我們就是靠一股信念”，這個(gè)信念就是國家和社會(huì)的需要，他堅(jiān)信他們的科研成果對(duì)國防、工業(yè)、公安、反恐、防爆等領(lǐng)域都有很大的作用，所以他們?cè)敢鈭?jiān)持。

“另一方面，如果經(jīng)費(fèi)一步到位，科研進(jìn)度會(huì)很快，從而缺乏思考和總結(jié)的過程；而沒有經(jīng)費(fèi)的時(shí)候?qū)嶋H上是我們冷靜思考的時(shí)候，思考怎樣利用有限的經(jīng)費(fèi)來優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升裝置的性能指標(biāo)?！标懺獦s教授總是這樣看待困難的。有了這種樂觀的精神，他和他的團(tuán)隊(duì)就能在一個(gè)又一個(gè)問題的解決過程當(dāng)中，一天天取得進(jìn)步，一天天成長起來。“比如我們現(xiàn)在研究的中子照相裝置，實(shí)際上當(dāng)初是被‘逼上梁山’的?！标懺獦s教授回憶道，從RFQ迅速發(fā)展以來，國外一直在瞄準(zhǔn)中國的市場(chǎng)，1997年日本某公司來中國談合作，希望把重離子治療癌癥用的加速器的前期科研工作交給他們做，但最終因資金問題沒有達(dá)成合作，“而正是對(duì)方的這個(gè)‘摳門’行為挽救了我們，使我們沒成為發(fā)達(dá)國家的附庸?！鄙鲜兰o(jì)末，隨著國家相繼提出科教興國和自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，儀器設(shè)備的創(chuàng)新被提上議事日程。借著這個(gè)東風(fēng)，在985、211工程的支持下，陸元榮教授帶領(lǐng)他的課題組確立方向，明確目標(biāo)，最終研制出了我國第一臺(tái)氘離子的RFQ加速器。

這份濃情也讓他毫不吝嗇地把畢生所學(xué)傳授給下一代北大學(xué)子。30年中，他的身份從學(xué)生變成了老師，“在這個(gè)過程中，我不僅僅帶了學(xué)生，教了學(xué)生，同時(shí)也從學(xué)生身上學(xué)到很多東西。因?yàn)橹R(shí)在不斷更新?lián)Q代，年輕人獲取知識(shí)的能力比我們強(qiáng)，思路和方法也比我們新。”確實(shí)，北京大學(xué)這座學(xué)術(shù)的殿堂是年輕人成長的舞臺(tái)，他們可以結(jié)合自己的課題提出一些新的想法，不斷地實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。放手地讓他們?nèi)ジ?，這對(duì)年輕人科研能力的培養(yǎng)和鍛煉是非常重要的。

如今，陸元榮教授帶領(lǐng)著北大RFQ與中子照相課題組，一方面引進(jìn)人才，另一方面充分發(fā)揮現(xiàn)有人才的作用，使每一個(gè)人都在這里得到成長，也都為集體貢獻(xiàn)著自己的力量。“我們組里的每一個(gè)年輕人都有著積極向上的樂觀精神，克服各種科研困難，如經(jīng)費(fèi)、資源、實(shí)驗(yàn)室等問題，非常團(tuán)結(jié)而努力。”說起他的學(xué)生和課題組成員，陸元榮教授滿是自豪。他們始終相信：努力去做，就無愧于心；盡心做好，就是對(duì)國家和社會(huì)的貢獻(xiàn)。

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