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在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（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(tái)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(jì)70年代起，中國科學(xué)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?jiān)克難，矢志不渝，實(shí)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(qiáng)的夢想。

現(xiàn)如今，合肥光源的運(yùn)行開放達(dá)到國際同類裝置的先進(jìn)水平，每年運(yùn)行時(shí)間超過7000小時(shí)，開機(jī)率優(yōu)于99%，每年為國內(nèi)外用戶提供優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)40000小時(shí)以上。

這是一段成長的歷史，也是一個(gè)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(xiàng)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(xué)工作。

“我們這一代人是國家培養(yǎng)出來的，總想通過個(gè)人努力做出些成績，為國家作貢獻(xiàn)?！迸嵩f，但究竟做什么才能對國家的科學(xué)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(xiàn)，分頭開展調(diào)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(shè)或計(jì)劃建設(shè)中?！迸嵩貞洝?/p>

我國一些科學(xué)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(shè)想。

同步輻射和光一樣，是一種電磁波。1947年，美國科學(xué)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(xué)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(diǎn)于一身。它比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的光源亮上億倍，就像賦予科學(xué)家一雙“慧眼”，能把以前無法探測的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)“看”得一清二楚。原本使用傳統(tǒng)X光機(jī)需要幾個(gè)月才能完成的實(shí)驗(yàn)，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(xué)觀測研究也需要不同波長的光。原來實(shí)驗(yàn)室里的光源都是有線譜的，且只能適用于某一類實(shí)驗(yàn)。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(yuǎn)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(xué)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(xué)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(xué)、生物、材料、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域科學(xué)家的興趣，各國競相研發(fā)這一重要的科學(xué)裝置。

1977年底，全國自然科學(xué)學(xué)科規(guī)劃會(huì)議在北京召開。中國科大加速器教研室教師金玉明代表學(xué)校在會(huì)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(xué)院正式批準(zhǔn)在合肥建設(shè)電子同步輻射加速器預(yù)研項(xiàng)目，隨即召開第一次籌備工作會(huì)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(shí)任中國科大黨委書記武汝揚(yáng)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(duì)伍，開啟了曲折而艱辛的“追光”之路。

項(xiàng)目定下，大家都很高興。冷靜下來之后，他們又有些擔(dān)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(dāng)時(shí)，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(fù)責(zé)技術(shù)工作；同時(shí)組建了多個(gè)專業(yè)組，分別承擔(dān)各項(xiàng)具體任務(wù)。

每個(gè)人幾乎都是從頭學(xué)、拼命學(xué)、拼命干，不懂就問。不僅學(xué)習(xí)書本上的知識(shí)，還請國外專家來校作報(bào)告，反復(fù)討論、集思廣益后，再確定方案。

“關(guān)鍵技術(shù)靠別人是解決不了問題的?！痹陬A(yù)研項(xiàng)目中，裴元吉主要負(fù)責(zé)直線加速器的研制。

直線加速器的加速管是核心部件，當(dāng)時(shí)我國還沒有相關(guān)加工和制造的單位。“我們曾希望，美國把不用的加速管贈(zèng)送或低價(jià)賣給我們。但就是一根3米長的舊加速管，美國都要價(jià)8萬美元?！迸嵩f。

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

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

就這樣，3年時(shí)間，380萬元經(jīng)費(fèi)，他們創(chuàng)造了中國加速器界的4個(gè)第一：建成我國當(dāng)時(shí)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(zhuǎn)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(chǔ)存環(huán)十分之一的超高真空系統(tǒng)。同時(shí)，他們還完成了800MeV同步輻射加速器的物理設(shè)計(jì)。

1981年10月24日，中國科學(xué)院在合肥召開“合肥同步輻射裝置預(yù)研制及物理設(shè)計(jì)審定會(huì)”。會(huì)議認(rèn)為：“合肥同步輻射裝置已基本具備進(jìn)入工程的條件?！?/p>

預(yù)研項(xiàng)目的完成在國際上引發(fā)很大反響，國內(nèi)外媒體爭相報(bào)道。

做完預(yù)研，每位小組成員心里都有了底?！案扇魏雾?xiàng)目，如果科研人員信心不足，是絕對做不好的。通過預(yù)研，大家建立了信心，弄清楚很多關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，獲得了第一手經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)訓(xùn)練出一支過硬的科研隊(duì)伍，為后期工程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！迸嵩f。

3?抓主要矛盾

1983年4月8日，國家計(jì)劃委員會(huì)發(fā)文正式批準(zhǔn)“合肥同步輻射實(shí)驗(yàn)室”項(xiàng)目上馬，并直接將它命名為“國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室”工程。

1984年11月20日，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室工程破土動(dòng)工，合肥光源一期工程正式啟動(dòng)。

國家同步輻射實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室奠基典禮合影。

同步輻射光源包括加速器、電子槍、調(diào)制器、加速管、輸運(yùn)線、注入、磁鐵、束測、準(zhǔn)直、電源、光束線及實(shí)驗(yàn)站等系統(tǒng)，是高度復(fù)雜的大型高科技設(shè)備，建造難度不言而喻。

“就拿直線加速器來說，我們在預(yù)研制時(shí)已經(jīng)將能量做到了30MeV，僅從技術(shù)指標(biāo)來看，擴(kuò)大器件規(guī)模后應(yīng)該能達(dá)到要求。但在實(shí)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。”裴元吉坦言。

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(yùn)行也是新問題。

合肥光源一期工程最初設(shè)計(jì)的物理指標(biāo)，是將直線加速器產(chǎn)生的能量為400MeV的電子束注入400MeV的儲(chǔ)存環(huán)中。但項(xiàng)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(chǔ)存環(huán)能量太低，必須提到800MeV以上。

國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室工程副經(jīng)理、總工程師何多慧（中），副總工程師姚志遠(yuǎn)（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(shù)難題。

他們與相關(guān)專家商量后，在經(jīng)費(fèi)有限的情況下，決定抓主要矛盾，優(yōu)先保障“出光”。他們調(diào)整了光源設(shè)計(jì)指標(biāo)，將儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)存環(huán)，在儲(chǔ)存環(huán)超高真空系統(tǒng)中以接近光速運(yùn)行，最后在設(shè)計(jì)好的彎轉(zhuǎn)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(chǔ)存環(huán)是超高真空系統(tǒng)，兩個(gè)真空間差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，一般不能直接連通。國際上的常用方法是將兩個(gè)真空間用一個(gè)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(chǔ)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(tuán)隊(duì)提出一種設(shè)想，將兩個(gè)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(huì)產(chǎn)生大量氣體，破壞超高真空系統(tǒng)。

于是，裴元吉想了個(gè)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(chǔ)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(gè)又一個(gè)難題，自主研制出一系列關(guān)鍵部件。但即便如此，他們離最終成功仍有距離。

4?與時(shí)間賽跑

團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)難題是緊迫的時(shí)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(jì)師、總工藝師、辦公室主任召開緊急會(huì)議。

當(dāng)時(shí)，裴元吉分管直線加速器。所有人都在會(huì)上問他：“你表個(gè)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(jì)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(diào)試加速器至少需要3個(gè)月，也就是出束時(shí)間要到1988年6月份。

緊接著，他又說：“按時(shí)建成也有可能，前提是滿足3個(gè)條件。一是調(diào)整領(lǐng)導(dǎo)管理機(jī)構(gòu)，一切為實(shí)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(duì)伍，統(tǒng)一管理，嚴(yán)格培訓(xùn)安裝技術(shù)人員；三是加班加點(diǎn)，周末不停工?！?/p>

實(shí)驗(yàn)室對裴元吉的建議照單全收。會(huì)后，他與技術(shù)人員加班加點(diǎn)，每天忙到深夜，有的人干脆抱來被子住在現(xiàn)場，硬是把時(shí)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(diào)試，11月9日束流全部達(dá)到要求。他們用9個(gè)月時(shí)間完成了原本需要15個(gè)月才能完成的任務(wù)。

1989年4月26日，合肥光源迎來最后考驗(yàn)——各系統(tǒng)配合的總調(diào)光時(shí)刻：從第一次向儲(chǔ)存環(huán)注入電子束流到獲得儲(chǔ)存束流，產(chǎn)生很強(qiáng)的同步輻射，僅僅用時(shí)23小時(shí)，創(chuàng)造了世界同步輻射加速器調(diào)試出光最快紀(jì)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(dá)。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(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目迎來國家鑒定和驗(yàn)收。最終鑒定意見認(rèn)為：“合肥同步輻射光源達(dá)到國際同類裝置先進(jìn)水平?！?/p>

我國第一臺(tái)專用同步輻射光源自此誕生。其超過95%的關(guān)鍵部件為國產(chǎn)，并獲得1992年中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和1995年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

5?占有寶貴的一席之地

國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室是國家級(jí)公用實(shí)驗(yàn)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(shí)由于經(jīng)費(fèi)緊張，合肥光源只設(shè)有5條光束線和5個(gè)實(shí)驗(yàn)站，不能滿足我國科學(xué)界的應(yīng)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(guān)于集中力量全面建設(shè)、充分利用合肥國家同步輻射光源的建議》。他們呼吁：“國家應(yīng)集中財(cái)力、物力，全面建設(shè)、充分利用已運(yùn)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(shí)施了二期工程建設(shè)，增建了8條光束線、實(shí)驗(yàn)站，自行研制了我國第一個(gè)插入元件。2010年后，又進(jìn)行了新一輪重大升級(jí)改造。

升級(jí)改造后的合肥光源，性能參數(shù)和運(yùn)行穩(wěn)定性得到大幅提升。包信和、謝毅、陳仙輝、楊學(xué)明、俞書宏等科學(xué)家利用它做出一系列重大原創(chuàng)成果，解決了先進(jìn)功能材料、能源與環(huán)境、生命科學(xué)等領(lǐng)域一系列重要科學(xué)問題，并在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、煤化工能源轉(zhuǎn)化、先進(jìn)薄膜材料、大光柵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)探測器等領(lǐng)域產(chǎn)出諸多開創(chuàng)性研究成果。

例如，包信和團(tuán)隊(duì)利用合肥光源探測到煤基合成氣制烯烴關(guān)鍵中間產(chǎn)物，打破理論費(fèi)托極限，實(shí)現(xiàn)煤轉(zhuǎn)換領(lǐng)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(chǔ)研究司等組織評(píng)選的“2016年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”，并獲得2020年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

近年來，科學(xué)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(shí)驗(yàn)室正在建設(shè)低能區(qū)的衍射極限光源——合肥先進(jìn)光源。它是世界上時(shí)間和空間分辨能力最先進(jìn)的第四代光源，能幫助科學(xué)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(jìn)光源，回顧數(shù)十年的建設(shè)歷程，裴元吉感慨地說：“能干成這個(gè)事兒，體現(xiàn)了社會(huì)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(xué)院對前沿科技的前瞻性部署?！?/p>

除了國家和中國科學(xué)院的支持，裴元吉還談了幾點(diǎn)體會(huì)，“要樹立雄心，為祖國科學(xué)事業(yè)作貢獻(xiàn)。這是一名科學(xué)工作者最基本的素養(yǎng)”“要齊心協(xié)力、集思廣益，善于調(diào)動(dòng)一切積極因素，開展國內(nèi)外合作”“要敢于攻堅(jiān)克難，抓主要矛盾，再逐個(gè)擊破”“要注重老中青相結(jié)合”“大科學(xué)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(shè)和應(yīng)用領(lǐng)域終于占有了寶貴的一席之地。

合肥先進(jìn)光源效果圖。國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室供圖

（原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2024-07-03?第4版?專題）