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【科技日报】谢家麟:为高能物理“加速”
        

谢家麟

他曾成功研制世界上第一台以高能量电子束治疗肿瘤的医用加速器、中国第一台高能电子直线加速器、中国第一台对撞机——北京正负电子对撞机、亚洲第一台实现饱和振荡的自由电子激光装置,以及新型电子直线加速器等多项站在世界前沿的项目。其中,有两项是世界首创,另三项填补了国内重要空白。

作为我国著名加速器物理学家、中国科学院院士,粒子加速器事业的开拓者和奠基人之一,他为我国高能粒子加速器从无到有并跻身世界前沿起到了至关重要的作用。

这是一个再普通不过的可爱老人。在自家温暖的客厅里,穿着半旧的毛衣坐在有些年头的沙发上,微笑着给孙儿辈的记者,讲述他的故事。

说讲故事可能不太确切,因为老人似乎话不多,几乎是记者问一句答一句,从他嘴里,我们听不到诸如“如何克服重重困难取得成功”的精彩片段。对于这个问题,他只答道:“科研就是不断克服困难的过程。”

因为这个老人,我有机会面对从业以来最豪华的“被采访团”。当叶铭汉、方守贤等5位院士及中科院高能物理研究所的多位专家,给予他赞美之词时,老人静静地听着。当他的老同事在讲到过去的趣事大笑时,他会扭头看看。92岁的老人可能都听不太清他们在说什么。

“我就是个普通人,不聪明,也不能干,我能得奖,证明即使资质一般的人,只要努力,就能成功。”这就是谢家麟院士获得国家最高科技奖的获奖感言。

他的成功其实无需这一奖项来证明。院士、粒子加速器事业的开拓者和奠基人之一、包括科技进步特等奖在内等11项奖励,这些外界给予他的荣誉和头衔,他说均是“过誉之词”。

他最看重的,是为祖国的发展发挥“一砖一瓦”的作用。

“我努力做到了。”他说,自己是个幸福的人。

决 策

带领中国跳上高能加速器的“列车”

2月6日,当记者来到中科院高能所的北京正负电子对撞机(BEPCII)中央控制室时,研究人员正在监测和调试加速器的运行状况。我只能看到几台普通的电脑。而事实上,我国第一台高能粒子加速器BEPC(2009年完成重大改造后的BEPCII)正俯卧在这里的地下隧道中。这个国内第一项大科学工程,正是由谢家麟带领团队完成的。

事实上,从20世纪50年代后期开始,中央就曾几度筹划、酝酿建造高能加速器,发展高能物理实验一事。高能物理属于基础研究的范畴,表面看来,无关眼前的国计民生。实际上它们的研究结果直接奠定了人类今天的文明、文化和高生活质量的基础,而作为高能物理、核物理基础研究的手段,加速器是人类认识微观世界的主要方式之一,高能物理及加速器的发展已经成为衡量一个国家科技发展水平的标志之一。

1972年,由著名物理学家张文裕牵头,谢家麟等18位科学家给周恩来总理写信,建议建造一台高能加速器,开展高能物理实验研究。当时身患重病的周总理批示:这件事不能再延迟了。

那一年,谢家麟52岁。

1973年初,在周恩来总理的指示下,在原子能研究所一部的基础上,中国科学院高能物理研究所成立。此后,加速器的建设进展得并不顺利。时至1980年,由于基建收缩,中央决定下马这一工程。

一时间,高能事业如何继续发展这一严峻的问题摆在人们面前。决策成为关键。谢家麟与朱洪元等多次组织国内外科学家展开论证和调研,反复对比权衡各种路线的优缺点,最终,一个建造2.2GeV正负电子对撞机的方案浮出水面。该方案有明确的物理目标,虽然能量不是很大,但规模适中,可做国际上前沿的物理工作,而且有兼顾同步辐射应用的特点,这是我国在当时高能经费收缩的条件下,仍能在高能物理方面迎头赶上世界先进科研行列的极好方案。谢家麟又进行了非常详细慎重的研究,参考美国相近装置的造价以及银行资料,估算出了造价。

但是,对撞机技术难度很大,需要冒较大风险,“以至于当时有人说,我们好比站在铁路月台上,要想跳上一辆飞驰而来的特快列车。如果跳上了就飞驰向前,如果没有抓住,就会摔下来粉身碎骨。”叶铭汉院士回忆说。

而谢家麟等人坚信2.2GeV对撞机虽难度大,但造价适合我国国情,可以使我国在粲能区的研究居于国际前沿水平。在这一关键性的选择中,谢家麟参与组织数十次研讨,反复权衡这两种装置的优缺点,通过深入细致的分析,说服了持不同意见的同志,在研究所取得了一致认同,并向领导和有关方面汇报,解释疑问,争取支持。1981年5月初,由中国科学院学部与“八七工程”联合召开了有多数国内知名物理学家参加的“香山会议”。会议结果基本肯定了对撞机方案。

他还领导确定了北京正负电子对撞机高能物理和同步辐射“一机两用”的方案,既为高能物理研究提供实验装置,又开创了我国同步辐射的应用研究,同时填补两项国内空白。

“功夫不负有心人”,谢家麟带领团队跳上了飞驰的特快列车。1988年10月,北京正负电子对撞机(BEPC)实现对撞,中国进入了能够进行高能物理实验研究的科技先进国家之列。我国几代物理学家的梦想终于实现。

在科技水平大幅落后的年代,这一装置的成功,更深层的意义在于,“使我们树立了有进行国际尖端大科学工程建设能力的信心。”谢家麟在回忆录中写道。

决 择

“雪中送炭”比“锦上添花”更有成就感

“十年磨一剑,锋利不寻常。虽非干莫比,足以抑猖狂。”这是BEPC成功时,他写下的欣喜和豪情。这首诗刻在一个木制摆件上,至今摆在他的客厅里。

别人有的先进技术,我们也有了,中国在一点点进步,再艰难也值得!谢家麟这一代人,曾目睹落后中国之种种不幸,强国梦想之于他们前所未有的强烈。

1920年8月,谢家麟出生于哈尔滨,并在河北武清县度过童年。占领东三省的日本人强横跋扈、欺压百姓,军阀混战给农民带来的痛苦,都深深烙在年幼的心里。

“那时候想的,一个是抗日,一个是要复兴国家。”他说。1942年,因日军开进燕京大学,学生被迫离校,谢家麟和部分同学来到成都这个大后方。本来在物理系只需半年就可毕业,但在“航空救国”的思想下,选择在乐山复校的武汉大学航空系就读。

“这个行动很明显地说明了我们那一代青年强烈的救国心情。”他日后回忆。1947年,在天津中央无线电器材厂工作的谢家麟通过教育部举办的留美考试,赴美留学。

新中国成立初期,留学生大都摩拳擦掌,要回国贡献所学,谢家麟也是其中一员。“青春作伴好还乡”,1951年,他搭上克利夫兰总统号游轮,踏上几年来日夜盼望的归国之旅。不料,船到中途檀香山时,美国移民局和联邦调查局官员根据美国1918年的一项立法,禁止学习科技专业的留学生离境,包括他在内的8人只能重返美国。

气愤之余,他下船后给白宫打了一个电话抗议,尽管他知道这种幼稚的行为只是浪费电话费而已。

意料之外的是,正是这次禁止离境,让他走上加速器研制道路。1955年,他在芝加哥大学医学中心研制成功第一台以高能电子治疗肿瘤的加速器,并将加速器的稳定度提高到医用水平。

不久,“我接到美国移民局来信,要我在做永久居民和限期离境之间做出抉择,我当然毫不犹豫地做出了尽早回国的决定。”谢家麟说,他终于踏上祖国的土地。那一年,美国做出允许中国留学生离境的规定,钱学森等一批之前同样被禁回国的科技领军人物,加入到建设新中国的行列中。

回国后,他带领不到十个人的小组,开始研制可向高能发展的电子直线加速器。除谢家麟外,小组里都是刚走出校门的年轻人,很多人甚至都没听过加速器。当时所面临的情况可以用两句话形容,即“一无所知”和“一无所有”。除了要研制加速管外,还需要使用当时世界上功率最大的速调管和调制器。这两个系统的技术难度不亚于加速管本身。

“西方国家和苏联都对我们禁运,我们仅有的参考资料是斯坦福大学发表的一篇科技论文,和一张速调管的照片。”谢家麟的学生、曾参与这一工作的顾孟平研究员仍记得当时抱着所里加工的部件从中关村倒5趟公交车,到东郊电子管厂进行工艺处理的情景。

于是,从自行研制各种微波元器件开始,谢家麟带着一批学生从零开始建造微波实验室、调制器实验室,开始了“要吃馒头,先种麦子”的耕耘。经过八年奋斗,我国首台可向高能发展的电子直线加速器于1964年建成。

该仪器进行的第一个实验就是模拟核爆产生的辐射,以进行仪表的校正和电子学硬化的研究,在我国两弹的研制中发挥重要作用。

经常有人问谢家麟,您后悔回国吗?

“不后悔。在国外可能我会有一席之地,但只有在我们自己国家,我才有机会负责BEPC这样的大工程。我留在美国只是‘锦上添花’,而回到祖国则是‘雪中送炭’。”他总这样回答。

粒子加速器已应用于国防、医疗、安全检测等多个领域。“清华大学的电子直线加速器运用的就是谢先生带回来的技术,我们已推广应用到各方面,尤其是大型集装箱检查。这项事业完全得益于谢先生的推动。”清华大学工程物理系主任唐传祥说。

兴 趣

“捣鼓”国际前沿的研究

“谢先生和别人最大的区别,大概在于他不仅能把握科学研究的大方向,也能关注到每一个细节,动手能力极强,且他总能在二者之间游刃有余。”裴国玺说。

1983年,为了解决BEPC设计和建造中的关键问题,谢家麟招了两名博士生,从中国科技大学毕业的裴国玺是其中之一。“这些速调管是二期改造时从国外购买的,当年刚开始建造时,都是我们自己制造的。”他带领记者参观BEPC时说。

“科研就是不断克服困难的过程,碰到什么困难解决什么,这是研究人员的本职工作。解决问题就是乐趣。”老人说,他胆子大,从来不害怕。

除了勇气,采访中老人提到最多的,就是“兴趣”,他幸运地从事了一份与自己志趣紧密结合的工作。

“我从小就喜欢自己动手捣鼓些东西。”他说。他曾偷偷用家里电灯中磁砣的铅砂、爆竹店买来的黑色火药、剥下来的火柴头和旧弹壳成功自制子弹,“射程可能不如进口的原装子弹,效果却没有什么区别。”

这样的“小聪明”总能给生活带来惊喜。冼鼎昌院士曾与谢家麟同住一个单元房。“那时候中午只有一个钟头的吃饭时间,但是点燃蜂窝煤就需要半个多钟头,有一天我发现厨房出现了新事物,谢先生用闹钟和电机做了个小装置,到时间炉门自动打开,提前点燃蜂窝煤。”

中学毕业后,他回到父母身边。不错的家境使谢家麟得以进入当时北平有名的汇文中学。他回忆说,汇文中学设于地下室的物理课实验室教学设备齐全。物理教师张佩瑚用英文讲课,调理分明,深入浅出,很能引发学生对物理的兴趣。

那时候他自觉成绩时好时坏,是个中等生,除喜欢物理课外,业余时间都沉溺在摆弄无线电,从矿石机到单管机、双管机,从低频到高频,在提高收音机性能的过程中获得极大满足。1937年,卢沟桥事变后,他自制的收音机成为全家了解战事的唯一渠道。高三时,他“临时抱佛脚”, 1938年以名列前茅的成绩被保送到燕京大学物理系。

正是浓厚的兴趣,和扎实的学习经历,让他成为同事眼中的“工程师”。也才得以让他在当时工艺难以保证制造需要的情况下,敢于拍板决定国际前沿的研究,并一切“因陋就简”,创造奇迹。

时至今日,谈到对年青科技工作者的期许,他也一再强调应“手脑并用”。

幸 福

没有终点

一个冬日的上午,记者来到北京中关村中科院黄庄小区。在这个颇有些陈旧的小区里,没准骑车从您身边经过的,就是一名院士。

谢家麟居住的是一套建于60—70年代的三居室。不大的客厅陈设朴素却又不失情趣,墙上挂的条幅是谢老本人做的一首律诗。最打眼的,则是阳台上各色茂盛的花草。

“我没什么爱好。”老人自嘲道。至于最广为流传的、他“写诗”的特长,也是在记者提醒下他才说起。“您现在还写诗吗,可还记得以前写过的诗?”有记者问道。

“现在写不了了,也记不住了,老了。”老人微笑。

“他这个人不懂浪漫,节奏感差,老年人喜欢去公园跳操,但他跟不上节奏,也不爱运动。他比较喜欢看侦探和探险小说,孩子们小的时候,饭桌上是他们最快乐的时光,因为他总给他们讲侦探故事。”谢先生的老伴范绪篯打趣道。她是谢家麟燕京大学物理系的同班同学。号称胆子大的谢家麟,在校时却不敢和这位他心仪的女生说句话。直到去成都后,两人才相熟并走到一起。

尽管都已不再貌美挺拔,但他们的幸福依然让人嫉妒。因为同样拥有“脱离现实主义的人生观”,岁月并未夺走他们最初保有的简单的快乐。

他所指的“脱离现实主义的人生观”,即“淡泊名利,对世俗纷争淡然处之”,“做有趣的研究对国家有所贡献,就是人生最大的幸福”。

因为这样的人生观,兵荒马乱的年月,他们一起随厂辗转于桂林、贵阳、昆明等地,但是对工作的投入仍然“到了痴心的程度”,旅行结婚时随身带的行李中半箱是研制高温真空电炉用的滑石。

同样因为这样的价值观,在BEPC工程即将完成的1986年,谢家麟主动提出辞去工程经理的报告。随后,他一头扎进实验室。研发出亚洲第一台自由电子激光装置,创新提出“前馈控制”方法。2000年,已80高龄的谢家麟带领一名博士生,研制出世界首台新型电子直线加速器。

2011年,谢家麟指导的最后一个博士生毕业。至今,他仍然坚持每周一到中科院高能物理所上班。“看看报,了解一些科技前沿的动态。我老了,干不了什么大事,就做一些力所能及的小事。”

他的学生高杰还记得,那是2005年3月的某个星期一。“谢先生把我叫到办公室,给我看了Nature杂志上的关于激光等离子体加速实验的三篇文章。”这三篇文章所展示的实验结果显示了这一领域的里程碑式的进步和重要机遇。在之后的5年里,高杰的博士生当中有两位从事激光等离子体加速物理与技术研究,开展了与美国伯克利国家实验室等单位的合作研究。

“别人有的先进技术,我们慢慢都有了,而且现在的年轻人一代比一代强。”之于谢家麟,这或是最大的安慰。