謝家麟  加速器物理與技術(shù)專家，中國科學(xué)院院士。1920年8月生于哈爾濱。1943年畢業(yè)于燕京大學(xué)物理系。1947年赴美國留學(xué)。1948年在加卅理工學(xué)院獲碩士學(xué)位。1951年在斯坦福大學(xué)獲博士學(xué)位?；貒窘?jīng)檀香山時被阻，美國以所學(xué)專業(yè)與國防有關(guān)為由，不許離境。重返美國后，自1953至1955年在芝加哥領(lǐng)導(dǎo)建成一臺世界能量最高的45MeV醫(yī)用電子直線加速器。1955年秋返回祖國，開展了可向高能發(fā)展的電子直線加速器的研制，1964年建成投入使用。1981。1986年先后擔(dān)任北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)的設(shè)計、預(yù)研和建造的技術(shù)負(fù)責(zé)人和工程經(jīng)理。以后根據(jù)國際科技發(fā)展的新動向，建議和領(lǐng)導(dǎo)開展了自由電子激光(FEL)的研制，1993年建成亞洲第一臺出光的紅外自由電子激光裝置(BFEL)前后曾獲國家科技進(jìn)步獎特等獎，中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎特等獎，何梁何利科技進(jìn)步獎，胡剛復(fù)實驗物理獎等多項獎勵。

我是學(xué)物理的，從大學(xué)到留學(xué)，都在物理系念書，但從工作經(jīng)歷來說，卻是偏重技術(shù)。由于理工兩方面知識的結(jié)合，國家建設(shè)的需要和領(lǐng)導(dǎo)、同志們的支持，故以平庸之資，有幸為國家添了些磚瓦。這里簡單地以我親身參加的幾項科研工作做為案例，談些體會。

關(guān)鍵是邊干邊學(xué)

1952年我在美國斯坦福大學(xué)"微波與高能物理實驗室"進(jìn)行研究工作。那時芝加哥麥卡瑞斯醫(yī)學(xué)中心希望建立一臺尖端的放療裝置，而斯坦福實驗室剛剛建成一個能量為6MeV的醫(yī)用電子直線加速器，因此麥卡瑞斯醫(yī)學(xué)中心前來要求協(xié)助研制一臺高能量(45MeV)醫(yī)用電子直線加速器，認(rèn)為將高能電子射入人體內(nèi)部治療深度腫瘤更為有效。實驗室領(lǐng)導(dǎo)介紹我前往主持此事。我學(xué)的是微波，對多學(xué)科綜合的加速器只有不多的了解，斯坦福大學(xué)只答應(yīng)給我提供一根加速管和大功率速調(diào)管的部件，加工則由芝加哥的一個化裝品公司(Helene Curtis)的機(jī)修車間擔(dān)任。這樣的條件對于研制一臺沒有先例的醫(yī)用加速器裝置，顯然是非常困難的。我當(dāng)時年輕膽大，到芝后登報招聘了一名助手，便毅然邊干邊學(xué)地開展了工作。在研制過程中遇到許多特殊的、無例可循的設(shè)計和研試的問題，要求獨辟蹊徑，加以解決。如：因缺少尾端負(fù)載而使用了行波、駐波混合的加速模式，為了獲得大的輻照場而一反常規(guī)地使用磁鐵作為散束之用，將尺寸為毫米的電子束均勻擴(kuò)展為二十厘米、控制輻照場中的中子和g射線的含量、測定高能電子50%致命劑量等等。為了解決這些遇到的新問題，我白天和助手動手做實驗，晚上自學(xué)補(bǔ)習(xí)自己缺少的理論知識，經(jīng)過兩年多的努力奮斗，終于研制成功當(dāng)時世界上能量最高的醫(yī)用電子直線加速器并投入安全使用。此事在當(dāng)時芝加哥報紙上曾有大篇幅的報道。1976年美國斯坦福直線加速器中心所長W.K.H.潘諾夫斯基教授來京講學(xué)，高能所在北京飯店一個會議廳內(nèi)與他座談。見面之初，他對我說的第一句話就是"你在芝加哥做的加速器仍在工作。"后來知道它一共運(yùn)行了30年，使我頗為引以自慰。現(xiàn)在回想，一個人有了博士學(xué)位，在知識的海洋里不過是一瓢水，只有在掌握了基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)知識之后，聯(lián)系實際，邊干邊學(xué)才能創(chuàng)造出新鮮的事物。

不斷探索，百折不回

1955年回國后，我參加的第一項規(guī)模較大的科研工程是研制一臺可向高能發(fā)展的電子直線加速器。這個工程包括多種學(xué)科的尖端技術(shù)，而當(dāng)時國內(nèi)現(xiàn)代工業(yè)剛剛起步，西方對我禁運(yùn)，蘇聯(lián)對我保密，建器所需器材根本無法獲得，任務(wù)的艱巨是可以想見的。領(lǐng)導(dǎo)對此工作的支持是巨大的，分配了畢業(yè)成績優(yōu)秀的大學(xué)生，動土興建了實驗樓，科研經(jīng)費也不加限制。但在技術(shù)上我們面臨的是"要吃饅頭先種麥子"的局面。要做加速器首先得做出當(dāng)時世界上功率最大的速調(diào)管來產(chǎn)生微波，要做出性能指標(biāo)超過當(dāng)時國內(nèi)工業(yè)產(chǎn)品幾十倍的脈沖調(diào)制器，來做速調(diào)管的電源，要做調(diào)制器的關(guān)鍵部件脈沖變壓器，還要做脈沖變壓器鐵心的繞制鍍膜機(jī)。如此等等，難以盡述。不但工作量很大，更重要的是有許多我們不掌握的技術(shù)關(guān)鍵。大功率速調(diào)管在幾十萬伏高壓下工作，最初是要解決高壓擊穿關(guān)，解決之后產(chǎn)生了高功率微波，又出現(xiàn)了微波輸出窗的擊穿問題。每次擊穿，管子暴露大氣，在分析原因，改進(jìn)設(shè)計之后，要經(jīng)過幾個月的加工過程。我們的青年同志，都要抱著部件搭乘公共汽車去跑加工。他們無私的辛勤奉獻(xiàn)和百折不回的探索精神，使這項工作終于在1964年建成出束，隨即投入使用。這臺加速器建成的意義是重大的，它體現(xiàn)了自力可以更生，科研可以促進(jìn)工業(yè)。事實上，它也是我國高能加速器的預(yù)研，為20年后北京正負(fù)電子對撞機(jī)的順利建成奠定了人才和技術(shù)的基礎(chǔ)。

在國際高能物理界占有一席之地

"文化大革命"末期，我國開始建造一臺50GeV質(zhì)子同步加速器，我被任命為加速器總設(shè)計師，領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計工作。后改為建造"北京正負(fù)電子對撞機(jī)"（BEPC），從1981到1986年，我擔(dān)任對撞機(jī)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)(后任工程經(jīng)理)。這是中美科技合作協(xié)定中的第一個重大項目。BEPC是高能物理研究的重要手段。它由約200m長的直線加速器和約240m周長的儲存環(huán)組成。負(fù)電子和正電子可分別被加速到最高2.8GeV，在環(huán)中沿相反方向以接近光速的速度作迥旋運(yùn)動并在探測器中心迎頭相撞，產(chǎn)生高能反應(yīng)。正、負(fù)電子平均要在環(huán)中運(yùn)轉(zhuǎn)約109公里，每迥旋一周，在截面小于1平方毫米的區(qū)域?qū)ψ??？梢钥闯觯瑢ψ矙C(jī)中正、負(fù)電子運(yùn)動的時間、空間的要求是十分嚴(yán)格的，說明了研制的技術(shù)難度。

BEPC是一件規(guī)模龐大的科研工程，是一個集體合作的產(chǎn)物，是領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，全國工業(yè)界和科技界的大力合作，高能物理所上千的科技人員的奮力拼搏和國際合作的結(jié)果，個人的作用只是很小的一個方面。它在1988年首次實現(xiàn)了對撞，經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化工作條件后，它的亮度(對撞機(jī)的主要性能指標(biāo))高出美國同類裝置4倍，現(xiàn)己用它完成了幾個重要的高能物理課題的研究，其中t質(zhì)量的測定是1993年世界最重要的高能物理成果之一。從此，我們在國際高能物理界占據(jù)了一席之地。

BEPC是集中了多學(xué)科和尖端技術(shù)的大科學(xué)工程，世界上只有幾個科技發(fā)達(dá)國家能夠建造。由于各國的物理目標(biāo)、工業(yè)水平、技術(shù)條件、投資力度、進(jìn)度要求等等都不一樣，所以世界上沒有兩臺對撞機(jī)是一樣的，每臺裝置都有它特有的系統(tǒng)組合和性能特色。因此，研制過程就是集成創(chuàng)新的過程。我在抓總崗位上的主要任務(wù)是對影響對撞機(jī)性能的一些物理參數(shù)的決策，如：儲存環(huán)磁鐵孔徑，高頻加速系統(tǒng)頻率，正、負(fù)電子注入能量，正電子產(chǎn)生能量等等；在組織管理上要確定必須預(yù)研的項目，協(xié)調(diào)子系統(tǒng)在總經(jīng)費中的合理份額，保證工程進(jìn)度的CPM方法的實施等。這些方面國內(nèi)外專家的意見并不經(jīng)常是統(tǒng)一的，我們必須根據(jù)具體情況，加以解決。在儲存環(huán)聚焦結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計、磁鐵及電源系統(tǒng)、直線加速器和微波系統(tǒng)、高頻加速系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、北京譜儀探測系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)、超高真空系統(tǒng)、輻射防護(hù)系統(tǒng)等等方面，都存在我國具體條件的制約，需要科技人員創(chuàng)造性地解決設(shè)計與建造問題。由于對撞機(jī)包括多種尖端技術(shù)，因此它被認(rèn)為是一個國家科技水平的主要標(biāo)志之一。

自由電子激光研制進(jìn)入國際先進(jìn)行列

自由電子激光(FEL)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末期。它與利用能級躍遷的常規(guī)激光基于完全不同的原理，它是通過加速器產(chǎn)生的電子束做扭擺運(yùn)動時產(chǎn)生的輻射來工作的，具有波長連續(xù)可以調(diào)變、短脈沖、高功率等特點，有十分重要的科研和生產(chǎn)的應(yīng)用前景。它被發(fā)明之后，世界科技先進(jìn)國家紛紛競起研制。我國FEL的研究也納入了863計劃，1988年我在863經(jīng)費支持下，作為課題負(fù)責(zé)人在高能所承擔(dān)了北京紅外自由電子激光(BFEL)的研制任務(wù)。

研制光波波段的FEL，是一個技術(shù)要求很高的工作。它要求加速器提供品質(zhì)極好的強(qiáng)流電子束，在很長的距離保持約1mm的直徑，通過一個磁場交替變化的扭擺磁體的問隙，電子做扭擺運(yùn)動而產(chǎn)生輻射，在磁體兩端放置光學(xué)反射鏡。使光波與電子束多次作用達(dá)到飽和，再由反射鏡一端引出應(yīng)用。實現(xiàn)FEL要求的電子束流性能指標(biāo)是高流強(qiáng)、低能散、低發(fā)射度，而這些要求又是相互矛盾制約的，對加速器性能提出嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。由于技術(shù)要求苛刻，各國從事此項研究的實驗室大約只有半數(shù)獲得成功，建成出光，達(dá)到飽和。

我們成立了研究室，利用前面提到的60年代建成的電子直線加速器，組織一批敢闖敢干的青年同志，貫徹老、中、青結(jié)合，多學(xué)科協(xié)同的原則，深入地研究了技術(shù)要求的主要矛盾，認(rèn)識到采用熱陰極微波電子槍產(chǎn)生電子是保證束流性能指標(biāo)的最佳選擇。但在實施中遇到許多具體的困難，攔住前進(jìn)的道路。首先是穩(wěn)定性不夠，然后是束流品質(zhì)欠佳，這些問題解決后，又面臨光腔輸出、輸運(yùn)系統(tǒng)和扭擺磁體的釹鐵棚永磁材料在輻照下性能不穩(wěn)等等問題。依靠全室同志的努力和相互密切配合，終于解決了我國具體條件下的各種技術(shù)問題，在1993年建成出光，達(dá)到飽和，成為繼美歐之后亞洲第一臺紅外自由電子激光裝置，說明我國在這個領(lǐng)域進(jìn)入國際先進(jìn)行列。

BFEL現(xiàn)已為許多單位的科研工作提供使用，推動了我國科技的發(fā)展。特別是當(dāng)前美、歐都投入了巨大的努力正在建造X光自由電子激光，認(rèn)為它可提供極大強(qiáng)度的短脈沖相干X光，會對許多科技領(lǐng)域的發(fā)展起革命性的推動作用。我國也正在上海中國科學(xué)院原子核所開展紫外自由電子激光的研制。BFEL的建造經(jīng)驗，顯然為我國FEL向更短波長發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

我從事科研實驗工作，迄今已有60年。倘若問我有什么體會可言，我想推薦"逐步近似，由粗而精"的工作方法，來推動大大小小的研究工作，即在著手一件探索性的實驗或是發(fā)展新的器件、設(shè)備時，只要有可能，就要根據(jù)基本原理，推出近似的各參量之間的數(shù)量級的關(guān)系，然后因陋就簡，進(jìn)行初步的試驗，取得一些感性認(rèn)識，然后再進(jìn)行正式設(shè)計、制造。換句話說，就是在可能時首先進(jìn)行"粗估"，"初試"。我在斯坦福大學(xué)讀書時，曾聽F.布洛赫教授(F.Bloch，1952年諾貝爾物理獎獲得者)講授量子力學(xué)，在講到一些近似方法時，他多次說："物理學(xué)家是靠近似生活的"(physicists live on approximation)。在計算機(jī)速度、存儲、軟件等一日千里地發(fā)展的今天，也許有人并不贊成這個提法，認(rèn)為創(chuàng)新研制是可以一蹴而就的。但這話深深印入我的腦海，形成我的工作方式，使我終身受益，故現(xiàn)在寫出提供青年科技工作者參考。

 

（撰稿人：謝家麟）

點評：謝家麟先生留美期間，研制成當(dāng)時世界上能量最高的醫(yī)用電子直線加速器。20世紀(jì)50年代，在我國建造加速器的技術(shù)條件還不具備的條件下，他以"吃饅頭先種麥子"的精神，克服了重重的技術(shù)難關(guān)，研制成了可向高能發(fā)展的電子直線加速器。在研制北京正負(fù)電子對撞機(jī)和亞洲第一臺紅外自由電子激光器過程中、在選用什么加速器，用什么思想指導(dǎo)建造加速器，采用什么技術(shù)路線等核心問題上，發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。社會在發(fā)展，時代在前進(jìn)，但謝家麟先生不斷學(xué)習(xí)、勇于探索、自力更生、艱苦奮斗、鍥而不舍的科學(xué)精神，"逐步近似，由粗而精"的科學(xué)方法，運(yùn)籌勝算的組織才能仍是值得學(xué)習(xí)和發(fā)揚(yáng)的。