本刊記者 張偉東

為加速器事業(yè)“加速”
——記北京大學核物理與核技術國家重點實驗室陸元榮教授

本刊記者 張偉東

春桃悄綻蕾，柳展暖風輕。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。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，樸實的話語，蘊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，可應用在化學、放射生物學、放射醫(yī)學、固體物理等的基礎研究以及工業(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域，應用范圍很廣。

“在過去的30年里，這是我們研究的第四臺RFQ加速器，它運行穩(wěn)定，目前已應用于材料輻照研究，將來有很好的應用前景。”在實驗室里，陸元榮教授指著一個很大的裝置向我們介紹。他還告訴我們，自上世紀七八十年代以來，射頻四極場(Radio Frequency Quadrupole，以下簡稱RFQ)加速器作為一種強流低能直線加速器已獲得了迅速發(fā)展和廣泛應用。它的優(yōu)點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結構之中，高效率地將數(shù)十毫安乃至數(shù)百毫安的強流離子束加速至設計能量。RFQ的這種特性使它成為一種最常用的低能強流加速器。現(xiàn)在常見的RFQ有四翼型和四桿型兩種。

北京大學是我國第一個也是唯一的從事四桿型加速器研制的機構。早在1984年，北京大學的RFQ加速器課題組就在陳佳洱院士的領導下提出了適合于加速重離子的整體分離環(huán)型RFQ加速結構。那時的陸元榮還是北京大學技術物理系原子核物理學專業(yè)的一名學生。從1987年起，課題組在國家自然科學基金的資助下，對RFQ加速結構的物理、束流動力學、工藝及高功率等特性進行了系統(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實的一步。

為了盡快使重離子RFQ這種新技術在我國得到應用和發(fā)展，1993年國家自然科學基金繼續(xù)將建成實用化的重離子整體分離環(huán)型RFQ列為重點項目。同年4月，26兆赫RFQ實現(xiàn)了首次出束，將N+離子加速到了300千電子伏的設計能量。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果是在同一個加速結構中實現(xiàn)了正負氧離子的同時加速。實驗測得正負氧離子同時為加速電場所俘獲，并分別聚集于相應的兩個平衡位相上，兩者的位相差正好為180度，與事先的模擬計算結果完全相同?！标懺獦s教授介紹。

步入21世紀，北京大學又發(fā)展了可將加速能量有效提高的新型分離作用RFQ加速結構（SFRFQ），并于近年建造了1臺加速腔實驗樣機，它與ISR-1000構成一低能強流的組合加速系統(tǒng)。北京大學還參與了973項目350MHz四翼型強流質(zhì)子RFQ加速器的研究工作，并研制了1臺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。

在這個過程中，陸元榮教授參加和完成了國家自然科學基金委員會“重離子整體分離環(huán)RFQ加速結構的研究”、“RFQ加速器同時加速同荷質(zhì)比正負離子的實驗研究”、“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)譜計的物理及其技術研究”；作為重要研究成員完成了國家自然科學基金委員會重點項目“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參加UNILAC的強流、高電荷態(tài)直線注入器改造計劃，負責研制27MHz、36MHz、108M H z、模擬、數(shù)字移相器以及相關的高頻控制系統(tǒng)。2001年受邀跟隨U.Ratzinger教授從事并負責海德堡大學重離子治療癌癥用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，并用于癌癥病人的康復治療，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中子照相團隊

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基金委委主任基金項目“分離作用RFQ加速系統(tǒng)的研究”，項目進展取得了預期的成果，驗收專家組對項目的研究成果評價為A。目前作為北大RFQ與中子照相課題組長，陸元榮教授負責北京大學200MHz強流氘束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單能質(zhì)子的理論和實驗研究。

“為了我國的加速器事業(yè)，我們應該再接再厲，加大研究力度，迎頭趕上國際RFQ快速發(fā)展的步伐?！闭菓阎@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，他懷揣著夢想走進北京大學，成為一名北大學子，從此，他就與這里結下了不解之緣。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、同學和學生?！睒銓嵉脑捳Z中透出的卻是濃濃的情誼。

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

“另一方面，如果經(jīng)費一步到位，科研進度會很快，從而缺乏思考和總結的過程；而沒有經(jīng)費的時候?qū)嶋H上是我們冷靜思考的時候，思考怎樣利用有限的經(jīng)費來優(yōu)化產(chǎn)品結構，提升裝置的性能指標?！标懺獦s教授總是這樣看待困難的。有了這種樂觀的精神，他和他的團隊就能在一個又一個問題的解決過程當中，一天天取得進步，一天天成長起來?！氨热缥覀儸F(xiàn)在研究的中子照相裝置，實際上當初是被‘逼上梁山’的?！标懺獦s教授回憶道，從RFQ迅速發(fā)展以來，國外一直在瞄準中國的市場，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成合作，“而正是對方的這個‘摳門’行為挽救了我們，使我們沒成為發(fā)達國家的附庸。”上世紀末，隨著國家相繼提出科教興國和自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，儀器設備的創(chuàng)新被提上議事日程。借著這個東風，在985、211工程的支持下，陸元榮教授帶領他的課題組確立方向，明確目標，最終研制出了我國第一臺氘離子的RFQ加速器。

這份濃情也讓他毫不吝嗇地把畢生所學傳授給下一代北大學子。30年中，他的身份從學生變成了老師，“在這個過程中，我不僅僅帶了學生，教了學生，同時也從學生身上學到很多東西。因為知識在不斷更新?lián)Q代，年輕人獲取知識的能力比我們強，思路和方法也比我們新?！贝_實，北京大學這座學術的殿堂是年輕人成長的舞臺，他們可以結合自己的課題提出一些新的想法，不斷地實現(xiàn)自己的夢想。放手地讓他們?nèi)ジ?，這對年輕人科研能力的培養(yǎng)和鍛煉是非常重要的。

如今，陸元榮教授帶領著北大RFQ與中子照相課題組，一方面引進人才，另一方面充分發(fā)揮現(xiàn)有人才的作用，使每一個人都在這里得到成長，也都為集體貢獻著自己的力量。“我們組里的每一個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、資源、實驗室等問題，非常團結而努力?！闭f起他的學生和課題組成員，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，就是對國家和社會的貢獻。

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