謝家麟：讓“粒子釋放中國能量”

文/王靜

謝家麟：讓“粒子釋放中國能量”

文/王靜

20 12年2月14日，對于謝家麟而言，可謂生命最燦爛光輝的時刻，國家主席胡錦濤微笑著親切地給他頒發(fā)鮮紅的燙金證書——國家最高科學(xué)技術(shù)獎勵證書，以表彰他為中國和世界科學(xué)作出的杰出貢獻。

美國人記住的中國人

在這一刻之前，“謝家麟”對許多人來說或許還是個陌生的名字，但這個名字自2月14日這一天開始在中國家喻戶曉。事實上，早在半個世紀之前，“謝家麟”就已經(jīng)存于美國人的記憶中了。

中科院院士冼鼎昌告訴記者，上世紀80年代，中國改革開放之初，美國芝加哥大學(xué)醫(yī)學(xué)中心負責(zé)人訪問中國，曾專門到中國科學(xué)院高能物理研究所尋訪謝家麟，要告訴謝家麟，他50年代在美國研制的世界上第一臺以高能電子束治療深度腫瘤的加速器，仍在醫(yī)院運行。

如今，應(yīng)用加速器產(chǎn)生高能粒子治療癌癥已經(jīng)是普遍采用的技術(shù)，其奠基則是60多年前謝家麟在高能電子束治療深度腫瘤的加速器研究方面作出的先驅(qū)性的工作。

利用高能電子束治療深度腫瘤的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？

謝家麟回憶說，將高能電子束射入人體用于治療，至少要滿足4個基本條件。

第一，加速器中的調(diào)速管能穩(wěn)定地輸出醫(yī)學(xué)上應(yīng)用所需的功率；第二，要把從加速器引出的電子束流的尺寸從幾毫米均勻地拓展到20厘米，才能滿足照射人體腫瘤的需要；第三，要能控制不同能量下的電子輻射劑量及其在人體內(nèi)的分布；第四，要把加速器運行的穩(wěn)定度由實驗室水平提高到醫(yī)用水平。

所有這些，是謝家麟當年在美國斯坦福大學(xué)博士畢業(yè)后，歸國受阻，重返微波實驗室的時候所面臨的挑戰(zhàn)。當時實驗室的領(lǐng)導(dǎo)金茲頓，推薦他去承擔高能電子束的醫(yī)學(xué)應(yīng)用任務(wù)，但所有的設(shè)計只能由他自己去探索，沒有任何先例可供參考。主要的部件也需要自己動手研制，市場上沒有相關(guān)產(chǎn)品。

面對挑戰(zhàn)，風(fēng)華正茂的謝家麟想：這是鍛煉自己獨當一面的絕好機會，絲毫沒有遲疑就允諾下來。

在隨后兩年的孤軍奮戰(zhàn)中，對于醫(yī)用高能加速器從設(shè)計到研制，再進入醫(yī)學(xué)臨床實驗，謝家麟越過無數(shù)障礙，終于在1955年享受到了成功的喜悅。他在芝加哥醫(yī)學(xué)中心研制成功高能電子束治癌裝置，芝加哥媒體當即給予大篇幅報道。不久，他便收到了美國移民局的函件，主動邀請他成為美國的永久居民。而他，選擇了回國。

如今，60余年過去，后來者們把謝家麟研制的醫(yī)用電子加速器在我國大規(guī)模推廣于醫(yī)療領(lǐng)域，并將高能電子束的應(yīng)用推向社會生產(chǎn)的各個方面，如材料改性、工業(yè)無損檢測、海關(guān)集裝箱檢測等。

清華大學(xué)工程物理系主任唐傳祥介紹，在一次醫(yī)用加速器的慶典上，當謝家麟看到各類高能粒子束應(yīng)用產(chǎn)品后，用“琳瑯滿目”一詞對該技術(shù)在今天的發(fā)展給予了概括。

引導(dǎo)“中國粒子”向高能進軍

“峭壁夾江一怒流，小舟浮水似奔牛。黃河橫渡混相似，故國山河入夢游?！痹诿绹魧W(xué)、工作了8年后，謝家麟用這首小詩表達了自己的故國之思。就在完成高能電子束治癌裝置這一年，謝家麟回到了祖國，進入中國原子能研究所，即現(xiàn)在的中科院高能物理研究所。

不久，他向所里建議，關(guān)于粒子物理的發(fā)展，中國可向高能電子直線加速器方向拓展。上世紀50年代，直線加速器代表了微波技術(shù)的最高水平和最尖端科技，1955年國際上剛剛發(fā)表了全面描述這種加速器的論文。在得到批復(fù)后，謝家麟把目標擬定在30MeV。

中國工程院院士葉銘漢記得，國內(nèi)當時科研條件十分落后，開展30MeV直線加速器所需的尖端器材，國際上禁運。研制此類加速器所需工藝，遠遠超出當時國內(nèi)的工業(yè)水平，技術(shù)和器材都難以實現(xiàn)。但謝家麟帶領(lǐng)一批新畢業(yè)的大學(xué)生，經(jīng)過8年奮戰(zhàn)，終于在上世紀60年代建成了電子直線加速器。

為了這臺直線加速器，謝家麟曾手把手地教焊工如何操作，自制了當時世界上功率最大的調(diào)速管。這是他在美國留學(xué)時，獨自練就的本領(lǐng)。

“留學(xué)美國加州理工大學(xué)和斯坦福大學(xué)期間，我的學(xué)習(xí)與其他人有些不同，除了上課學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識外，還用了相當多的時間訓(xùn)練實際動手能力。”

一方面受到西方研究人員喜歡親自動手風(fēng)氣的感染；另一方面，考慮到回國后，脫離了美國實驗室環(huán)境，若不自己動手，有些操作上的東西很可能學(xué)不透。自己動手不僅能了解有關(guān)理論知識，還能弄明白如何實現(xiàn)它。對于一個學(xué)生而言，動手能力并不能簡單地理解為操作技能，親自操作其實意味著對一個大系統(tǒng)所有硬件特性的全面掌握。

葉銘漢介紹，這臺30MeV電子直線加速器如加以延長，就成為高能加速器。此項工作，為后來建造北京正負電子對撞機奠定了相關(guān)的人才和技術(shù)基礎(chǔ)，引領(lǐng)和帶動了大功率微波電子元器件的研制，推進了國內(nèi)電子直線加速器的建造和應(yīng)用。

決策中國高能加速器發(fā)展方向

“沒有謝家麟，就沒有今天的高能物理所，甚至沒有中國現(xiàn)在的高能物理學(xué)科的發(fā)展?！敝锌圃焊吣芪锢硭L王貽芳說。

“中科院高能所如今成為世界八大高能物理研究中心之一，謝家麟功不可沒?！敝锌圃涸菏筷惡蜕?。

中科院院士方守賢介紹，中國發(fā)展高能加速器的夢想源自上世紀50年代，前后幾次上上下下，一直沒能成功。改革開放后，謝家麟抓住時機，經(jīng)過與國內(nèi)外專家充分討論，作出了既符合中國國情、又保證在國際上技術(shù)先進的決策，選擇了粲粒子為著眼點來建造北京正負電子對撞機。這條發(fā)展路線的選擇，并非輕而易舉之事。1982年，中國科學(xué)院向中央申請2億元人民幣的基礎(chǔ)研究經(jīng)費，不是沒有人懷疑其效果。同時，在技術(shù)上，中國并沒有多少基礎(chǔ)，其關(guān)鍵技術(shù)，如磁鐵的生產(chǎn)、超真空技術(shù)等均處于落后狀態(tài)。

當謝家麟征求國外專家對建設(shè)方案的意見時，發(fā)達國家的權(quán)威們表示，“中國可能跳得太快”。當時，中國的科學(xué)基礎(chǔ)與國際至少相差30年。

決策，成為關(guān)鍵中的關(guān)鍵。在上世紀80年代，中國高能粒子物理究竟是走電子的道路，還是走質(zhì)子的道路？選擇十分艱難。

“謝家麟當時與朱洪元等多次組織國內(nèi)外科學(xué)家展開論證和調(diào)研，反復(fù)對比權(quán)衡兩種路線的優(yōu)缺點，最終確定了正負電子對撞機的方案。在這一關(guān)鍵性的選擇中，謝家麟深入而細致的分析，說服了持不同意見的人，在高能物理界取得了一致認識，最終確定了北京正負電子對撞機（BEPC）的方案?！比~銘漢說。

謝家麟選擇在2.2GeV能量區(qū)域建設(shè)正負電子對撞機，在科學(xué)研究上有明確的目標，既可進行前沿科學(xué)問題的研究，同時兼顧同步輻射的應(yīng)用，“一機兩用”。這一選擇，在中國科研經(jīng)費并不充裕的情況下，規(guī)模適中，國家經(jīng)濟能夠承受。

創(chuàng)造大科學(xué)工程建設(shè)奇跡

“正負電子對撞機技術(shù)難度很大，許多技術(shù)在國內(nèi)都是空白。當時國內(nèi)外有不少好心人為我們擔憂。有人形容，我們好比站在鐵路月臺上，想跳上一輛飛馳而來的特別快車。如果跳上去了就飛馳向前，如果沒有抓住，摔下來就粉身碎骨?！比~銘漢曾擔任中科院高能物理研究所所長，對此記憶猶新。

謝家麟不但在科學(xué)技術(shù)方面為高能物理發(fā)展作出了卓越貢獻，在管理上也作了突出貢獻。

曾經(jīng)擔任過所長的陳和生介紹，在北京正負電子對撞機建設(shè)過程中，謝家麟任總經(jīng)理。其間，他確定了工程建設(shè)的6項基本原則。如，凡是發(fā)展中的技術(shù)，不成熟不采用等等。謝家麟確定的大科學(xué)工程建設(shè)的基本原則，直到今天仍然在遵循。只有遵循這些原則，大科學(xué)工程才能既保持先進性，又不至于因某些環(huán)節(jié)上的不確定性影響整體工程。

此外，謝家麟當年確定的工程建設(shè)關(guān)鍵路徑和管理方法目前仍在國家大科學(xué)工程建設(shè)中沿用。

“領(lǐng)導(dǎo)是一門藝術(shù)，很有講究。科學(xué)工程的領(lǐng)導(dǎo)，既要懂科學(xué)和技術(shù)，還要懂國情和人情，更要懂戰(zhàn)略。謝家麟就是這樣一位各方面都能掌握和了解透徹的科學(xué)家?！标惡蜕f。

中國許多物理學(xué)家都記得，1988年10月，北京正負電子對撞機成功實現(xiàn)對撞，成為我國在高科技領(lǐng)域的一項重大突破性成就。盡管中國之前從未進行高能物理科學(xué)工程的建設(shè)，可中國僅用了4年時間、2.4億人民幣，就建設(shè)成功國際同類工程，速度快、投資少、質(zhì)量好、水平高。中國給世界呈現(xiàn)出“粒子”放射的奇跡。

北京正負電子對撞機建成后，其亮度是美國斯坦福直線加速器中心高能加速器SPEAR的4倍，為中國高能物理實驗創(chuàng)造了優(yōu)越條件。自此以后，中國高能物理學(xué)家在對撞機上獲得了τ輕子質(zhì)量精確測量、R值測量、發(fā)現(xiàn)粒子新共振態(tài)等一批高能物理的重要成果。在國際權(quán)威的粒子數(shù)據(jù)表上，如今已有500多項數(shù)據(jù)是由北京譜儀合作組在北京正負電子對撞機上測定的。從此，中國在國際高能物理領(lǐng)域占據(jù)了粲物理實驗研究的國際領(lǐng)先地位。

隨后，北京同步輻射裝置也成為我國眾多學(xué)科的同步輻射大型公共實驗平臺，取得了包括SARS病毒酶蛋白復(fù)合結(jié)構(gòu)等若干重要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測定在內(nèi)的一批重要結(jié)果，使中國在多個學(xué)科發(fā)展方面贏得先機。

攀登腳步永不停歇

在中科院高能所研究員鐘元元的記憶中，謝家麟最讓她敬佩的是他那永不停歇的探索精神。

1986年，謝家麟已66歲，北京正負電子對撞機工程接近收尾。就常理而言，這輩子完成了這樣一項重要工程，功成名就后應(yīng)該頤養(yǎng)天年了，可謝家麟并未就此止步，他敏銳地注意到了1982年被美國列為“星球大戰(zhàn)”計劃的首選戰(zhàn)略武器研究——“自由電子激光”項目。

1977年斯坦福大學(xué)J.Madey等人，首先利用電子直線加速器產(chǎn)生了3.4微米波長的紅外受激輻射，并命名為自由電子激光（FEL）。這種電子激光可在從紅外到X光譜區(qū)產(chǎn)生相干電磁輻射，強度大，可連續(xù)調(diào)變波長，還可產(chǎn)生超短光脈沖等。由于這種光的諸多優(yōu)勢，美、法、俄、德、意等國家紛紛開展研究。

謝家麟意識到，如果我國能開展此項研究，即能跟蹤世界戰(zhàn)略性高科技發(fā)展態(tài)勢，掌握最新關(guān)鍵技術(shù)。但在中國當時境況下，這項研究需要高品質(zhì)電子束，即高流強、高穩(wěn)定性、低發(fā)射度、低能散度等，其要求遠遠超過一般加速器的性能指標，對加速器技術(shù)提出了嚴重挑戰(zhàn)。盡管困難重重，謝家麟沒有猶豫，仍積極提出建議。這一建議，最終由國家“863”計劃支持，謝家麟領(lǐng)銜組織開展北京自由電子激光裝置（BFEL）的研制。

“經(jīng)過近8年努力，北京自由電子激光裝置于1993年5月實現(xiàn)了受激輻射，第一次輸出了激光。同年，實現(xiàn)了飽和振蕩，中國率先在亞洲建成了自由電子激光裝置，使我國成為繼美國及西歐之后又一個實現(xiàn)紅外自由電子激光飽和振蕩的國家?！敝锌圃焊吣芩芯繂T張闖介紹。

我國在這一高技術(shù)領(lǐng)域的重大突破受到國內(nèi)外科技界的廣泛重視，該項目榮獲了中科院科技進步獎特等獎。

然而，有多少人知曉，在這項高技術(shù)的突破中，謝家麟為國家節(jié)省了多少研究經(jīng)費？

中科院高能所研究員王書鴻介紹，在解決BFEL成敗的關(guān)鍵技術(shù)中，如熱陰極微波電子槍、高精度波蕩器和光學(xué)諧振腔等，由于建造經(jīng)費很有限，預(yù)算只有國外同類裝置的1/10。謝家麟就“變廢為寶”，只要其他設(shè)備上能拆的就拆。其中，束流輸運線上的聚焦磁鐵、電源、某些真空設(shè)備等，都是從相關(guān)研究室一些不再用的設(shè)備上“調(diào)用”。用于壓縮束團長度，以提高峰值流強的α磁鐵，是用所內(nèi)閑置的四極磁鐵改造而成的。BFEL的整體基礎(chǔ)，來源于那臺30MeV電子直線加速器。盡管BFEL是一臺新建設(shè)備，其裝置上卻保留了許多老設(shè)備的部件。

回國服務(wù)是“雪中送炭”

“1986年6月，我清華畢業(yè)后報考了謝先生的博士。謝先生給我定的博士論文題目是用于北京自由電子激光裝置的微波電子槍的理論與實驗研究。我研究工作的起點是從謝先生到美國斯坦福大學(xué)直線加速器中心訪問帶回來的一張草圖開始的?！敝锌圃焊吣芪锢硭芯繂T高杰介紹。

作為一名研究生，高杰時常到謝家麟家里去討論問題，從微波技術(shù)到陰極材料，從粒子動力學(xué)到實驗技術(shù)，謝家麟常常以介紹美國國家實驗室的科學(xué)家這一方式來講解自由電子激光原理和加速器物理。在這段時間里，無論是通過謝先生的介紹，還是與國外科學(xué)家的面對面討論，高杰強烈意識到，做好科研工作，國際視野、國際交流與國際合作極為重要，且必不可少。

高杰告訴記者，他的研究工作很快取得進展，與謝先生制定的正確技術(shù)路線有直接關(guān)系。在實驗方面，謝先生強調(diào)把東西做出來最為重要。高杰的研究工作除了理論設(shè)計，就是畫圖紙，跑材料，找工廠，出差，聯(lián)系合作伙伴，安裝，實驗，失敗，再實驗，再失敗，再實驗……

1989年4月，高杰作為訪問學(xué)者到巴黎法國國家科研中心直線加速器研究所工作。1992年高杰獲得了博士學(xué)位，1996年又獲得了該中心的大博士學(xué)位，課題是未來高能正負電子直線對撞機相關(guān)加速器物理研究，并成為法國國家科研中心的終身研究員。

1996年夏，經(jīng)北京大學(xué)陳佳洱校長的推薦，高杰收到李政道教授的邀請信，到中國高等科學(xué)與技術(shù)中心作為期3天的報告。報告會的第一天，當他看到謝家麟和陳佳洱騎著舊自行車趕到會場時，有一種說不出的感動。

“待在國外是‘錦上添花’，回國服務(wù)是‘雪中送炭’?！币姷降茏?，謝家麟說。

這句話，一直在高杰心中回蕩。2004年底，高杰放棄了法國國家科研中心的終身研究員職位，成為中國科學(xué)院的一名“百人計劃”研究員，回到了中科院高能所。

提起這一選擇，他說：“我覺得能歸國報效國家是一件很幸運和幸福的事情，出國是必要的，回國是必然的，回來為國家做事，心理上很踏實，有一種歸屬感?！?/p>

謝家麟在國家最困難的時候回國了，他的學(xué)生在他的召喚聲中回國了……

如今，謝家麟已91歲高齡。他著書總結(jié)自己的一生，書名為《沒有終點的旅程》。他說：“作為一個在科技領(lǐng)域徜徉了半個世紀以上的工作者，在人生之旅到站之前，覺得有責(zé)任把自己的足跡記錄下來，把自己的經(jīng)歷告訴青年人。這些可以作為他們?nèi)松缆返膮⒖?，或許能夠增添他們前進的勇氣和信心?！?/p>