□ 范國軒

不少人經歷過“學建筑就是蓋樓”“學計算機就是修電腦”等讓人啼笑皆非的專業(yè)誤解。對清華大學的青年物理學者查皓來說，他也面臨著類似的考驗：該如何給人科普自己研究的是粒子加速器呢？

“家人朋友聽到我的專業(yè)名字，第一反應就是給火箭加速”，查皓戲謔道。事實上，粒子加速器最初是作為人們探索原子核內部結構的重要手段而發(fā)展起來的。要想了解物質的微觀結構，首先要把它“打碎”，粒子加速器就是用高速粒子相互碰撞“打碎”對方，然后進一步了解其中粒子級別的信息。

時間的車輪滾滾向前，人類對物質結構的認識方式從最原始的肉眼可見逐漸發(fā)展到借助放大鏡、顯微鏡，而后粒子加速器、對撞機等設備橫空出世，人類對物質結構的認識也開始深入到細胞、分子、原子和亞原子深層次，期間的每一層深入無疑都極大地推動了科技和社會的發(fā)展。而加速器這一新生事物不僅直接推動了人們對物質的微觀認知，還在發(fā)展的過程中助力了安全檢查、食品與藥物加工、醫(yī)療的諸多國民經濟領域的發(fā)展，這也成了查皓癡迷探索加速器的終極原因。

鐘情加速器研究

“1930年，科學家用加速器轟開了原子的大門，逐一發(fā)現了60多種粒子，一個新世界的大門就此應聲而開。諾貝爾物理學獎差不多每3年就有一個成果是通過加速器發(fā)現的，至今已經有30多項獲獎成果……”每當提起加速器，查皓的眼睛就亮了起來。在普通人眼中高深莫測的加速器，總是能被他講得深入淺出，讓人聽得入迷。他經常稱加速器為“人類偉大的發(fā)明”，任誰都能感受到他對加速器那種癡迷的熱愛。也正是因為這份熱愛，查皓的科研道路筆直地走向了加速器的研究。

從清華大學工程物理系的本科時代起步，讀完博士之后，查皓入選了歐洲核子研究中心的瑪麗·居里學者。歐洲核子中心（也通常被稱為CERN）是世界上最大的粒子研究實驗室，坐落在瑞士和法國邊境。在這里，查皓將自己的3年時間投入到一種被稱為“X波段加速結構”新技術的研究中。該技術可以在短短1米長度內讓粒子獲得超過1億伏特的加速，這差不多是一次閃電的電壓。這項技術可以縮小粒子加速器的“個頭”，讓加速器變得更實用。據查皓介紹，像大型強子對撞機（LHC）這種“巨獸”型的機器，長度達到幾十公里，令人望而生畏；而高梯度加速結構技術可以讓類似的機器縮小至幾公里，建造的難度也大大降低。

雖然X波段加速結構技術具備很大的潛力和價值，但研究起來不容易。CERN和多家科研機構廣泛合作展開了長達30多年的持續(xù)研究，使得該項技術逐漸走向成熟并開始實用。正是這段時間，查皓加入了X波段加速結構的研究，并取得了豐碩的研究成果。例如CERN下一代直線對撞機的項目計劃，其加速結構方案的研究在2010年基本定型。查皓通過細致的工作發(fā)現該方案還可以進一步改進，最終為該方案降低了5億歐元的建造成本。在2016年國際高梯度結構研討會上，查皓還展示了一種全新的結構方案設計，被同行評價為該研究領域未來“最有潛力”的發(fā)展方向。

加速器與醫(yī)學的碰撞

國外如魚得水的研究生涯并沒有讓查皓安之如怡，他心中還有更遠大的理想抱負。

讓查皓動了回國念頭的動力來源于粒子加速器的另外一個應用方向——放射治療設備：“X波段加速技術”不僅在大型裝置加速器例如直線對撞機中大放異彩，還可以在小型加速器中廣泛應用，例如放射治療設備。

放射治療是癌癥治療的三大手段之一，放射治療設備使用電子加速器產生的高能X射線殺傷癌細胞。與手術相比，放射治療的最大優(yōu)點是避免手術帶來的高風險并減小創(chuàng)傷和痛苦，可直接通過放射治療殺死腫瘤組織，從而起到“隔山打?！钡男Ч?。有些早期癌癥甚至可以只通過放射治療手段就能得到治愈，成為早期癌癥的標準治療方法。

據統計，放射治療對癌癥治愈的貢獻達到40%，治療成本卻僅占總成本的5%，無疑是性價比極高的治療手段。但目前我國放射治療領域與發(fā)達國家相比差距巨大，人均放療設備數量不足發(fā)達國家的1/5，而且低端和老舊設備偏多。因此大量增購放療設備，既適應目前快速增長的治療需求，也是更經濟與高效的選擇。

據查皓介紹，“X波段加速技術”能夠為放射治療裝置技術發(fā)展增添助力。放射治療技術經過多年的發(fā)展，其治療精度和安全性不斷提高，副作用大幅度減小，已經擺脫了過去“治療后掉頭發(fā)”的形象。為了進一步提高治療效果，下一代放射治療技術開始往“定向消融”方向發(fā)展，通過更強力的輻射徹底根除腫瘤。這就要求放療裝置能夠更精確地工作，其空間精度需要達到百微米級別（即數根頭發(fā)絲直徑）。這個精度對于數米尺寸和數噸重量的設備來說，目前的技術水平尚難完成。而“X波段加速技術”將加速器小型化，顯著減小裝置的體積與重量，有可能實現這樣的精度，因此是未來放射治療設備技術的很有潛力的方向。

種種焦灼縈繞在查皓心頭，想讓“X波段加速技術”盡快走向醫(yī)學應用的想法讓查皓再也無法安定下來。彼時，已經有美國醫(yī)用加速器的知名企業(yè)向他伸出橄欖枝，但為了心中那個隱隱的夢，加上國內科研界欣欣向榮的發(fā)展趨勢，2016年年底，查皓毅然決然啟程回國，2017年年初，在母校清華大學重新開始且行且悟的科研之旅。

X 波段加速結構測試平臺

“加速器的未來是越來越明朗的，因為粒子束是件很有用的‘武器’，而能夠‘操控’它，也將成為人類史上最偉大的成就之一?！睅е@樣的信念，查皓再度回到母校之時，沒有任何初來乍到的不安，也省略了國內外科研環(huán)境差異的“水土不服”，一頭扎進了緊湊型加速器裝置的研究。

在母校參與的“十三五”重點研發(fā)計劃“X波段高穩(wěn)定性小型化放射源模塊”項目中，查皓與團隊共同研制了X波段醫(yī)用加速管，在測試中核心指標劑量率達到國外同類加速管的接近兩倍。這個令人欣喜的結果在2018年8月召開的全國醫(yī)用加速器會議上一經報告，就得到了眾人的廣泛關注。

夢想照進現實

科研是一座大山，只有一步步向上攀登過才明白其中的艱難。查皓的研究工作亦是如此。“加速器的可控性，是人們可以用它來隨心所欲地做研究的基本前提，也給人們提供了更多的選擇權，而大型加速器無論是成本還是用來做研究，其所要花費的代價都過于高昂，因此，加速器小型化的變革過程雖然注定曲折，但我們也要志在必得，這在醫(yī)用和工業(yè)用加速器研究中非常重要?！辈轲┠抗鈭远ǖ卣f。

在清華大學將近兩年的時間呼嘯而過，如今查皓的規(guī)劃也更加清晰，只為到達山巔——將X波段結構技術用到加速器小型化中。

至此，查皓心中那個隱隱的夢終于描繪成形。他的主要精力都聚焦在基于X波段結構技術的新型醫(yī)用和工業(yè)用加速器研究上，朝實用化這些大方向不斷前進，還有向其他不同領域拓展。如今，國內對醫(yī)療重視程度越來越高，他想趁著高新技術崛起的機遇，通過加速器技術實現，造福更多醫(yī)療條件有限的地方，造福更多的人。查皓心里裝的不止是一個能“撞碎”原子核的設備，而是寄托在這個設備上那些具有劃時代意義的福祉。

X波段加速結構的研究涵蓋多個領域，但目前這些領域的研究尚未成熟，國內外各研究機構也仍處于探索過程。這讓查皓看到了我國在這一領域研究中的發(fā)展機遇，也更讓他堅定自己的選擇。曾經的海外經歷讓他篤信，必須加強與國際同行機構的交流與合作，掌握各個相關領域的進展，加深對高梯度加速技術發(fā)展的理解，才能更有力地探索其技術的潛在應用方向，培養(yǎng)在領域內的大局觀和前瞻意識。而這也是接下來他將要開展的重點工作之一。

“隨著科技的進步，粒子這種看不見摸不著的存在，開始被人們慢慢操控，還能用它做更多利國利民的事，回顧這段‘無心插柳柳成蔭’的歷史，我會油然而生一種自豪感。”查皓這樣詮釋他一路走來的科研之路的意義。

君問未來亦可期

魯迅先生曾說，“哪里有什么天才？我只是把別人喝咖啡的工夫都用在了工作上?！睂Υ瞬轲└型硎?。一邊是風雨兼程的科研，另一邊是清華大學“雙肩挑”的學生工作，而且回母校將近兩年，查皓已經開始承擔教學任務，就算是熟知的領域，他也會花上兩天時間一絲不茍地準備一個半小時的課程內容。而工作之外，再忙他也會抽出時間盡量多陪伴家人。授課、科研、學生工作……任務多了，難免分身乏術。查皓內斂地笑道：“很多時候我不得不利用晚上的時間來工作，不過我是個不看電視的人，這樣倒是可以節(jié)省出很多時間?！?/p>

不管是X波段加速結構，還是新型醫(yī)用加速器的研究，如今在國內外各研究機構都處于探索階段?！皩τ诨A研究來說，加速器技術的前路應該怎么走，是個有指導、有規(guī)劃、循序漸進的過程，當然也是不斷靈光乍現的過程。最重要的，這不只是一個人的事，而是整個科研界的責任與擔當?！边@樣結語的時候，查皓眼神中的星火之光又被點亮了。