谢家麟:生命的意义在于不断学习、探索和进取
我是学物理的,从大学到留学,都在物理系念书,但从工作经历来说,却是偏重技术。由于理工两方面知识的结合,国家建设的需要和领导、同志们的支持,故以平庸之资,有幸为国家添了些砖瓦。这里简单地以我亲身参加的几项科研工作为例,谈些体会。
1955年回国后,我参加的第一项规模较大的科研工程是研制一台设计能量为30MeV的可向高能发展的电子直线加速器。这个工程包括多种学科的尖端技术,而当时国内现代工业刚刚起步,西方对我国禁运,苏联对我国保密,所需器材根本无法获得,任务的艰巨是可以想见的。领导对此工作的支持力度是巨大的,分配了毕业成绩优秀的大学生,动土兴建了实验楼,科研经费也不加限制。但在技术上我们面临的是“要吃馒头先种麦子”的局面。要做加速器首先得做出当时世界上功率最大的速调管来产生微波,要做出性能指标超过当时国内工业产品几十倍的脉冲调制器,来做速调管的电源,要做调制器的关键部件脉冲变压器,还要做脉冲变压器铁心的绕制镀膜机。如此等等,难以尽述。不但工作量很大,更重要的是有许多我们不掌握的关键技术。大功率速调管在几十万伏高压下工作,最初是要解决高压击穿关,解决之后产生了高功率微波,又出现了微波输出窗的击穿问题。每次击穿,在分析原因、改进设计之后,都要经过几个月的加工过程。我们的青年同志,都要抱着部件搭乘公共汽车去跑加工。他们无私的辛勤奉献和百折不回的探索精神,使这项工作终于在1964年建成出束,随即投入重要的国防应用。这台加速器建成的意义是重大的,它体现了自力可以更生,科研可以促进工业。事实上,它也是我国高能加速器的预研,为20年后北京正负电子对撞机的顺利建成奠定了人才和技术的基础。
“文化大革命”末期,我国开始建造一台50GeV质子同步加速器,我被任命为加速器总设计师,领导设计工作。后改为建造“北京正负电子对撞机”(BEPC),从1981到1986年,我担任对撞机技术领导(后任工程经理)。这是中美科技合作协定中的第一个重大项目。
BEPC是一件规模庞大的科研工程,是一个集体合作的产物,是领导大力支持,全国工业界和科技界的大力合作,高能物理所上千科技人员奋力拼搏和国际合作的结果,个人的作用只是很小的一个方面。它在1988年首次实现了对撞,经过进一步优化工作条件后,它的亮度(对撞机的主要性能指标)高出美国同类装置4倍,现已用它完成了几个重要的高能物理课题的研究,其中质量的测定是1993年世界最重要的高能物理成果之一。从此,我们在国际高能物理界占据了一席之地。
自由电子激光(FEL)出现于20世纪70年代末期。它与利用能级跃迁的常规激光基于完全不同的原理,它是通过加速器产生的电子束做扭摆运动时产生的辐射来工作的,具有波长连续可以调变、短脉冲、高功率等特点,有十分重要的科研和生产的应用前景。它被发明之后,世界科技先进国家纷纷竞起研制。我国FEL的研究也纳入了863计划 ,1988年我在“863”经费支持下,作为课题负责人在高能所承担了北京红外自由电子激光(BFEL)的研制任务。
我们成立了研究室,利用前面提到的上世纪60年代建成的30MeV电子直线加速器,组织一批敢闯敢干的青年同志,贯彻老、中、青结合,多学科协同的原则,深入地研究了技术要求的主要矛盾,认识到采用热阴极微波电子枪产生电子是保证束流性能指标的最佳选择。但在实施中遇到许多具体的困难,拦住前进的道路。首先是稳定性不够,然后是束流品质欠佳,这些问题解决后,又面临光腔输出、输运系统和扭摆磁体的钕铁硼永磁材料在辐照下性能不稳等等问题。依靠全室同志的努力和相互密切配合,终于解决了我国具体条件下的各种技术问题,在1993年建成出光,达到饱和,成为继美欧之后亚洲第一台红外自由电子激光装置,说明我国在这个领域进入国际先进行列。
我从事科研实验工作迄今已有60年。倘若问我有什么体会可言,我想推荐“逐步近似,由粗而精”的工作方法,来推动大大小小的研究工作,即在着手一件探索性的实验或是发展新的器件、设备时,只要有可能,就要根据基本原理,推出近似的各参量之间的数量级的关系,然后因陋就简,进行初步的试验,取得一些感性认识,然后再进行正式设计、制造。换句话说,就是在可能时首先进行“粗估”、“初试”。我在斯坦福大学读书时,曾听F.布洛赫教授 (F. Bkoch,1952年诺贝尔物理奖获得者)讲授量子力学,在讲到一些近似方法时,他多次说:“物理学家是靠近似生活的”。在计算机速度、存储、软件等一日千里地发展的今天,也许有人并不赞成这个提法,认为创新研制是可以一蹴而就的。但这话深深印入我的脑海,形成我的工作方式,使我终身受益。我如今已届耄耋之年,但仍带领学生进行一个规模较小的新型加速器的研究,希望能有助于它在国民经济中的应用。我坚信生命的意义在于不断学习、探索和进取,年纪大了,并不是无所用心的理由。在进行这项工作中,我进一步体会到“逐步近似,由粗到精”给工作带来的好处,以供青年科技工作者参考。
(节选自郭传杰主编.中国科学院科技创新案例(二).北京:学苑出版社.2004)