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在中國科學技術大學（以下簡稱中國科大）西區(qū)的西南角，一幢狀如飛碟的巨大建筑物格外引人注目。我國第一臺專用同步輻射光源就誕生于此，科研人員親切地稱之為“合肥光源”。

從20世紀70年代起，中國科學家就希望擁有自己的光源。一代代“追光者”數(shù)十年來勇?lián)鷩沂姑?，白手起家，攻堅克難，矢志不渝，實現(xiàn)了我國同步輻射光源從無到有、從有到優(yōu)、從優(yōu)到強的夢想。

現(xiàn)如今，合肥光源的運行開放達到國際同類裝置的先進水平，每年運行時間超過7000小時，開機率優(yōu)于99%，每年為國內(nèi)外用戶提供優(yōu)質實驗機時40000小時以上。

這是一段成長的歷史，也是一個奮斗的故事。

1?為國鑄器

1970年，中國科大南遷合肥后，“閑不住”的裴元吉到處去找項目。他于1964年從中國科大近代物理系畢業(yè)后，就留校從事加速器研究和教學工作。

“我們這一代人是國家培養(yǎng)出來的，總想通過個人努力做出些成績，為國家作貢獻?！迸嵩f，但究竟做什么才能對國家的科學發(fā)展更有好處，起初他并沒有答案。

于是，中國科大近代物理系加速器教研室的幾位年輕教師開始查找國內(nèi)外文獻，分頭開展調研。

“我們注意到，為了開展研究，國外正在起步建造同步輻射光源。美國、日本已經(jīng)有建成的同步輻射光源，德國、英國等國家正在建設或計劃建設中?！迸嵩貞?。

我國一些科學家也表示：“我們要做自己的同步輻射光源?！?/p>

這些信息給幾位年輕教師帶來了啟發(fā)、注入了信心：就做同步輻射光源！中國科大也支持他們這一大膽的設想。

同步輻射和光一樣，是一種電磁波。1947年，美國科學家首次在電子同步加速器上觀測到這種電磁波輻射現(xiàn)象，并稱之為同步加速器輻射，簡稱同步輻射。產(chǎn)生和利用同步輻射的科學裝置被稱為同步輻射光源。

裴元吉介紹，同步輻射集諸多優(yōu)點于一身。它比傳統(tǒng)實驗室的光源亮上億倍，就像賦予科學家一雙“慧眼”，能把以前無法探測的物質微觀結構“看”得一清二楚。原本使用傳統(tǒng)X光機需要幾個月才能完成的實驗，利用同步輻射光源僅需要幾分鐘就能獲取數(shù)據(jù)。

就像擰緊不同大小的螺母需要不同扳手一樣，不同類型的科學觀測研究也需要不同波長的光。原來實驗室里的光源都是有線譜的，且只能適用于某一類實驗。而同步輻射光源產(chǎn)生的波長是連續(xù)譜，覆蓋范圍大，包括遠紅外、可見光、紫外、真空紫外（極紫外）、軟X射線至硬X射線?？茖W家可以根據(jù)需要，從中選取特定波長的單色光，研究特定的科學問題。

正是基于這些特性，同步輻射光源引起了全球物理、化學、生物、材料、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)等諸多領域科學家的興趣，各國競相研發(fā)這一重要的科學裝置。

1977年底，全國自然科學學科規(guī)劃會議在北京召開。中國科大加速器教研室教師金玉明代表學校在會上提交了建造“合肥同步輻射加速器”建議書。

2?“追光”之路

很快，1978年2月，中國科學院正式批準在合肥建設電子同步輻射加速器預研項目，隨即召開第一次籌備工作會議，成立籌備組，討論了建造電子同步輻射加速器的初步方案。

時任中國科大黨委書記武汝揚任籌備組組長，科研處處長包忠謀任副組長，拉起一支以何多慧、裴元吉、金玉明、張武等教研室教師為主要成員、平均年齡不到35歲的年輕隊伍，開啟了曲折而艱辛的“追光”之路。

項目定下，大家都很高興。冷靜下來之后，他們又有些擔憂，“國內(nèi)從來沒有人建造過同步輻射加速器，我們能行嗎？”

但是，開弓沒有回頭箭。當時，加速器教研室總共20多人，成立了以何多慧為組長的總體組，全面負責技術工作；同時組建了多個專業(yè)組，分別承擔各項具體任務。

每個人幾乎都是從頭學、拼命學、拼命干，不懂就問。不僅學習書本上的知識，還請國外專家來校作報告，反復討論、集思廣益后，再確定方案。

“關鍵技術靠別人是解決不了問題的?！痹陬A研項目中，裴元吉主要負責直線加速器的研制。

直線加速器的加速管是核心部件，當時我國還沒有相關加工和制造的單位?！拔覀冊Ｍ?，美國把不用的加速管贈送或低價賣給我們。但就是一根3米長的舊加速管，美國都要價8萬美元。”裴元吉說。

于是，他們決定自力更生。為了節(jié)省項目經(jīng)費，他們從濟南購買了4臺超精密車床，在學校精密儀器系的主持和協(xié)助下，搭建恒溫車間、培訓工人，自主設計、加工制造了直線加速器的加速管。

裴元吉記得，那時他們在學校東區(qū)西門南側的一棟小樓里工作，每天從早上8點到晚上12點連軸轉，但大家從沒抱怨過，都覺得投身火熱的科研攻關是最大的幸福。

就這樣，3年時間，380萬元經(jīng)費，他們創(chuàng)造了中國加速器界的4個第一：建成我國當時最高能量30MeV（百萬電子伏特）的電子直線加速器；造出國內(nèi)第一塊超高精度大型彎轉磁鐵；造出國內(nèi)第一塊聚焦四極磁鐵；建成國內(nèi)第一段近儲存環(huán)十分之一的超高真空系統(tǒng)。同時，他們還完成了800MeV同步輻射加速器的物理設計。

1981年10月24日，中國科學院在合肥召開“合肥同步輻射裝置預研制及物理設計審定會”。會議認為：“合肥同步輻射裝置已基本具備進入工程的條件?！?/p>

預研項目的完成在國際上引發(fā)很大反響，國內(nèi)外媒體爭相報道。

做完預研，每位小組成員心里都有了底?！案扇魏雾椖?，如果科研人員信心不足，是絕對做不好的。通過預研，大家建立了信心，弄清楚很多關鍵技術難點，獲得了第一手經(jīng)驗。同時訓練出一支過硬的科研隊伍，為后期工程打下了堅實基礎。”裴元吉說。

3?抓主要矛盾

1983年4月8日，國家計劃委員會發(fā)文正式批準“合肥同步輻射實驗室”項目上馬，并直接將它命名為“國家同步輻射實驗室”工程。

1984年11月20日，國家同步輻射實驗室工程破土動工，合肥光源一期工程正式啟動。

國家同步輻射實驗室原址是一片藕塘和菜地。

1984年11月20日，中國科大合肥國家同步輻射實驗室奠基典禮合影。

同步輻射光源包括加速器、電子槍、調制器、加速管、輸運線、注入、磁鐵、束測、準直、電源、光束線及實驗站等系統(tǒng)，是高度復雜的大型高科技設備，建造難度不言而喻。

“就拿直線加速器來說，我們在預研制時已經(jīng)將能量做到了30MeV，僅從技術指標來看，擴大器件規(guī)模后應該能達到要求。但在實際建造中，束流參數(shù)性能、功率匹配、頻率穩(wěn)定等方面還有很多問題需要解決?！迸嵩寡?。

此外，把以上諸多分部件組織在一起，如何協(xié)同工作保障運行也是新問題。

合肥光源一期工程最初設計的物理指標，是將直線加速器產(chǎn)生的能量為400MeV的電子束注入400MeV的儲存環(huán)中。但項目總經(jīng)理包忠謀、一期總工程師何多慧、副總工程師裴元吉和金玉明先后出國考察發(fā)現(xiàn)，400MeV的儲存環(huán)能量太低，必須提到800MeV以上。

國家同步輻射實驗室工程副經(jīng)理、總工程師何多慧（中），副總工程師姚志遠（左一）、裴元吉（左二）、金玉明（右二）和張武（右一）共同商討解決技術難題。

他們與相關專家商量后，在經(jīng)費有限的情況下，決定抓主要矛盾，優(yōu)先保障“出光”。他們調整了光源設計指標，將儲存環(huán)能量提高到800MeV，將直線加速器輸出電子束能量降低到200MeV。

然而，在實際建造中，新的問題出現(xiàn)了。

裴元吉介紹，電子束從電子槍發(fā)射出來，經(jīng)過數(shù)十米長的直線加速器加速，提高到上億電子伏特，再注入儲存環(huán)，在儲存環(huán)超高真空系統(tǒng)中以接近光速運行，最后在設計好的彎轉磁鐵區(qū)域放出同步輻射。

直線加速器是高真空系統(tǒng)，而儲存環(huán)是超高真空系統(tǒng)，兩個真空間差兩個數(shù)量級，一般不能直接連通。國際上的常用方法是將兩個真空間用一個薄膜隔開。

但由于降低了注入能量，電子穿過薄膜后能量損失比較大，儲存環(huán)只能捕獲一部分，很難累積到足夠的電子束流。

研究團隊提出一種設想，將兩個真空間的一塊脈沖磁鐵直接放到超高真空系統(tǒng)內(nèi)，去掉膜。但問題是磁鐵的矽鋼片表面涂了一層漆，會產(chǎn)生大量氣體，破壞超高真空系統(tǒng)。

于是，裴元吉想了個辦法，用三氧化二鋁陶瓷粉代替漆，并采用等離子體噴涂的方法，將其噴在磁鐵上，形成薄薄的一層膜。經(jīng)過嘗試，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，噴涂有陶瓷粉的矽鋼片經(jīng)烘烤后不但不放氣，反而能吸氣。這樣一來，磁鐵就可以直接放到儲存環(huán)超高真空系統(tǒng)中了。該方法不僅解決了問題，而且屬于世界首創(chuàng)。

就這樣，他們?nèi)翰呷毫?，攻克了一個又一個難題，自主研制出一系列關鍵部件。但即便如此，他們離最終成功仍有距離。

4?與時間賽跑

團隊的另一個難題是緊迫的時間——1987年初，他們收到信息，如果1987年底直線加速器不能建成出束，工程就有可能下馬。

包忠謀馬上組織總工程師、總經(jīng)濟師、總工藝師、辦公室主任召開緊急會議。

當時，裴元吉分管直線加速器。所有人都在會上問他：“你表個態(tài)，直線加速器年底能不能建成？”

裴元吉拿著小本子，不停計算到底還有多大工作量。最后，他說，按照常理，安裝直線加速器需要1年，調試加速器至少需要3個月，也就是出束時間要到1988年6月份。

緊接著，他又說：“按時建成也有可能，前提是滿足3個條件。一是調整領導管理機構，一切為實現(xiàn)年底直線加速器出束‘開綠燈’，加快采購手續(xù)、飯送到現(xiàn)場，唯一一輛吉普車專用；二是成立專門隊伍，統(tǒng)一管理，嚴格培訓安裝技術人員；三是加班加點，周末不停工?！?/p>

實驗室對裴元吉的建議照單全收。會后，他與技術人員加班加點，每天忙到深夜，有的人干脆抱來被子住在現(xiàn)場，硬是把時間“搶了回來”。

1987年10月20日，直線加速器安裝提前完成，11月1日開始調試，11月9日束流全部達到要求。他們用9個月時間完成了原本需要15個月才能完成的任務。

1989年4月26日，合肥光源迎來最后考驗——各系統(tǒng)配合的總調光時刻：從第一次向儲存環(huán)注入電子束流到獲得儲存束流，產(chǎn)生很強的同步輻射，僅僅用時23小時，創(chuàng)造了世界同步輻射加速器調試出光最快紀錄。

1989年4月26日，國家同步輻射裝置“出光”。

“在場的人看見第一束璀璨的同步輻射光，熱淚盈眶。”何多慧回憶。

裴元吉說：“那種心情無法用言語表達。多年的奮斗，再辛苦再累也值得?！?/p>

1991年12月26日，國家同步輻射實驗室項目迎來國家鑒定和驗收。最終鑒定意見認為：“合肥同步輻射光源達到國際同類裝置先進水平?！?/p>

我國第一臺專用同步輻射光源自此誕生。其超過95%的關鍵部件為國產(chǎn)，并獲得1992年中國科學院科技進步獎特等獎和1995年國家科技進步獎一等獎。

5?占有寶貴的一席之地

國家同步輻射實驗室是國家級公用實驗室，由全國諸多力量共同建成，也為全國諸多單位所用。但建造時由于經(jīng)費緊張，合肥光源只設有5條光束線和5個實驗站，不能滿足我國科學界的應用需求。

1994年2月，由錢臨照、唐孝威兩位院士發(fā)起，王淦昌、謝希德、謝家麟、馮端、盧嘉錫等34位院士聯(lián)合提出《關于集中力量全面建設、充分利用合肥國家同步輻射光源的建議》。他們呼吁：“國家應集中財力、物力，全面建設、充分利用已運行并投入使用的合肥同步輻射光源?！?/p>

1998年至2004年，合肥光源實施了二期工程建設，增建了8條光束線、實驗站，自行研制了我國第一個插入元件。2010年后，又進行了新一輪重大升級改造。

升級改造后的合肥光源，性能參數(shù)和運行穩(wěn)定性得到大幅提升。包信和、謝毅、陳仙輝、楊學明、俞書宏等科學家利用它做出一系列重大原創(chuàng)成果，解決了先進功能材料、能源與環(huán)境、生命科學等領域一系列重要科學問題，并在航空發(fā)動機燃燒、煤化工能源轉化、先進薄膜材料、大光柵技術、標準探測器等領域產(chǎn)出諸多開創(chuàng)性研究成果。

例如，包信和團隊利用合肥光源探測到煤基合成氣制烯烴關鍵中間產(chǎn)物，打破理論費托極限，實現(xiàn)煤轉換領域重大突破，為未來煤化工產(chǎn)業(yè)提供了卓越競爭力。該成果入選科技部基礎研究司等組織評選的“2016年度中國科學十大進展”，并獲得2020年度國家自然科學獎一等獎。

近年來，科學的前沿、未來產(chǎn)業(yè)的研發(fā)對合肥光源提出更高要求，歷史的接力棒傳到新一代“追光人”手中。

目前，國家同步輻射實驗室正在建設低能區(qū)的衍射極限光源——合肥先進光源。它是世界上時間和空間分辨能力最先進的第四代光源，能幫助科學家將微觀世界看得更清晰。

從無同步輻射光源到合肥光源，再到如今的合肥先進光源，回顧數(shù)十年的建設歷程，裴元吉感慨地說：“能干成這個事兒，體現(xiàn)了社會主義制度集中力量辦大事的優(yōu)越性，也體現(xiàn)了中國科學院對前沿科技的前瞻性部署。”

除了國家和中國科學院的支持，裴元吉還談了幾點體會，“要樹立雄心，為祖國科學事業(yè)作貢獻。這是一名科學工作者最基本的素養(yǎng)”“要齊心協(xié)力、集思廣益，善于調動一切積極因素，開展國內(nèi)外合作”“要敢于攻堅克難，抓主要矛盾，再逐個擊破”“要注重老中青相結合”“大科學工程必須要有研發(fā)、有創(chuàng)新”……

令裴元吉最高興的是，通過一代又一代“追光者”的不懈奮斗，我國在世界同步輻射光源建設和應用領域終于占有了寶貴的一席之地。

合肥先進光源效果圖。國家同步輻射實驗室供圖

（原載于《中國科學報》?2024-07-03?第4版?專題）