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【甘肅日報】【走進中科院蘭州分院】魏寶文:開拓中國重離子物理研究新領(lǐng)域
壯麗70年·奮斗新時代 慶祝新中國成立70周年 百名記者走基層
1993年,魏寶文在新核素合成研討會上
魏寶文(中)與同事討論新核素合成工作
1989年,魏寶文在重離子加速器首次調(diào)試成功會上作報告
討論SSC設(shè)計方案(右一楊澄中,左立魏寶文)
本版圖片由中科院蘭州分院提供
新甘肅·甘肅日報記者 秦娜 通訊員 汪寧寧 王晶
61年前的那個初秋,23歲的魏寶文背著簡單的行囊踏上火車,一路向西。下了火車,經(jīng)過蘭州大學、蘭州飯店,就來到了那個夢想開始的地方——中國科學院近代物理研究所,而這一來就再也沒有離開過。從此,魏寶文的個人命運與國家發(fā)展緊緊地聯(lián)系在一起。
61年間,魏寶文心無旁騖地致力于推動近代物理所事業(yè)的發(fā)展,為我國重離子科學和加速器大科學裝置發(fā)展、人才隊伍培養(yǎng),以及重離子科學與技術(shù)在甘肅的發(fā)展和應(yīng)用作出了重大貢獻,使重離子加速器成為甘肅乃至中國近代物理研究的一張重要名片。
1 建功立業(yè)在西部
1935年,魏寶文出生在河南禹州,他的小學和初中學生時代幾乎都在抗日戰(zhàn)爭和解放戰(zhàn)爭中度過。讀高中時新中國成立,才算有了穩(wěn)定的學習環(huán)境,也就是從那時起,魏寶文開始對物理產(chǎn)生濃厚的興趣。
1953年,18歲的魏寶文考入北京大學物理系,1956年調(diào)到新成立不久的技術(shù)物理系,成為新中國培養(yǎng)的第二批核物理專業(yè)的學生。1957年魏寶文畢業(yè)后被分配到中國科學院物理研究所(后改名為原子能研究所),次年調(diào)入剛組建的中國科學院蘭州物理研究室(中國科學院近代物理研究所前身)。
1959年,在物理學家金建中的引見下,魏寶文師從著名核物理學家楊澄中,成為最早跟隨楊澄中院士在近代物理所開展核物理研究的人員之一。就這樣,魏寶文和很多前輩一樣,懷揣著報效祖國的夢想,來到西部,投身于火熱的國家建設(shè)中。
魏寶文思維活躍,勤奮好學,很快就顯示出搞科研的天賦。上世紀60年代初,在楊澄中的指導下,他完成了伽馬射線和快中子閃爍探測方法研究,在近代物理所早期核物理實驗中發(fā)揮了重要作用。
當時,近代物理所正在籌建1.5米回旋加速器。到1962年底,這個“一五”大科學裝置的建成讓物理學界的科研人員為之振奮。作為第一批使用者,此后魏寶文和同事們都在用1.5米回旋加速器練兵。1963年,他完成了2—9百萬電子伏特單能中子源的研制。這項成果被用于快中子截面測量,為一項重要的國防科研任務(wù)提供了實驗條件。
隨后他又主持完成了9—12百萬電子伏特中子對鋰—6和鋰—7的非彈性碰撞截面測量。作為近代物理所核參數(shù)測量國防任務(wù)的一部分,這項任務(wù)的完成,澄清了世界各國數(shù)據(jù)的分歧,為氫彈的研制提供了我國自己的核數(shù)據(jù)。
上世紀70年代,魏寶文還對核聚變反應(yīng)堆材料進行了群截面計算,并在此基礎(chǔ)上用中子輸運理論的Sn法對聚變反應(yīng)堆再生區(qū)的中分子分布和核發(fā)熱進行了理論研究。這一領(lǐng)域在當時的中國尚處于早期階段。
魏寶文的成績和榮譽引人矚目,可是,他所付出的艱辛卻很少有人知曉。晚上在家學習,一個三斗桌他和孩子各占一頭。有時兩個孩子搶先占了桌子,他就只好把五斗柜利用起來。直到50歲的時候,他才有了一張屬于自己的寫字臺。
2 千錘百煉鑄重器
重離子加速器是用來加速比α粒子重的離子加速器,可將大量的重離子加速到很高的速度,高速的重離子形成重離子束。從上世紀60年代開始,隨著重離子加速器的發(fā)展,原子核物理開拓了一個蓬勃發(fā)展的新領(lǐng)域——重離子物理。在原子物理、材料科學、生命科學等其他學科,重離子束也顯示出日益重要的應(yīng)用前景。
彼時,在經(jīng)過幾番大討論后,中科院將近代物理所的科研方向確定為低能核物理,并以重離子核物理為主攻方向,同時積極開展核技術(shù)應(yīng)用研究。
1975年,魏寶文跨入不惑之年,蘭州重離子加速器的研究工作這時候剛剛起步。新年伊始,楊澄中在與魏寶文的一次懇談中,希望魏寶文投身到重離子加速器的研制中。正是那次談話為魏寶文的人生和事業(yè)帶來了新的機遇,帶他走進了重離子加速器的世界。
此后,魏寶文承擔了兩項預(yù)研任務(wù),一項是“分離扇回旋加速器離子軌道的非線性效應(yīng)研究”,另一項是“重離子束的空間電荷效應(yīng)研究”。“在一窮二白的情況下搞研究,重離子加速器研究頻頻遭遇‘腸梗阻’?!蔽簩毼膶Ξ敃r的困難記憶猶新。
魏寶文與理論物理學家羅詩裕默契配合,不到一年時間就完成了理論研究任務(wù)。在當年年底召開的加速器建造方案討論會上,魏寶文報告了他們的研究結(jié)果:在所要加速的能區(qū)內(nèi),非線性效應(yīng)很小,軌道是穩(wěn)定的;而當束流強度為微安級時,空間電荷效應(yīng)更是可以忽略不計。據(jù)此,魏寶文得出了令人振奮的結(jié)論:“理論基礎(chǔ)是可靠的,我們一定能建成自己的回旋加速器?!笔嗄旰螅谓锢硭h委副書記的陳蔭林回憶起當時的情形時說:“這在當時是一個影響到下不下決心的問題?!?/p>
1976年6月,國家計委、中科院和教育部在北京聯(lián)合組織了加速器物理設(shè)計審查會,魏寶文同另一位物理學家陳務(wù)中負責理論部分的起草。魏寶文的束流動力學理論報告,受到中國粒子加速器界前輩謝家麟教授的肯定。當年11月,國家計委批準了蘭州重離子加速器的建造計劃。至此,一項標志著我國核物理研究領(lǐng)域重大進展的“7611”工程誕生了。魏寶文和他的同事們開始了極為艱難的跋涉。
沒有技術(shù)積累,缺乏管理經(jīng)驗……項目推進困難重重。為此,1979年,魏寶文被派往法國國家重離子研究中心(GANIL)學習。
出國前,魏寶文做了非常充分的準備,明確了需要解決的問題。因此,一到法國,他很快就進入角色,用超乎常人的勤奮刻苦汲取國外先進經(jīng)驗和知識。他出色的工作也贏得了國外同行的贊譽,GANIL的弗赫梅教授曾對楊澄中說:“你們派來的人很管用?!?/p>
回國后,作為總工程師,魏寶文負責起“7611”工程的物理總體、技術(shù)把關(guān)、參數(shù)協(xié)調(diào)、磁鐵建造和聯(lián)合調(diào)束工作。他集中精力對加速器整個系統(tǒng)及各個主要部件的參數(shù)和指標進行了全面考察,并主持了被稱為加速器“三大件”之一的磁鐵系統(tǒng)的建造。
就當時國內(nèi)水平來看,要建造長期穩(wěn)定的空間分布嚴格對稱的、精度和重復(fù)性都在萬分之一量級的加速離子約束磁場,決非一件輕而易舉的事情。不但要從材質(zhì)的冶煉入手,甚至連地基的下沉與傾斜,相關(guān)器件如真空室不銹鋼的選擇等都有極為嚴格的技術(shù)要求。為了做到萬無一失,魏寶文在四分之一模型磁鐵上開展了等時場的墊補實驗,取得了可靠的數(shù)據(jù)。他還邀請了物理學家張振康,從物理要求上把關(guān),并組建了磁鐵建造班子。這些人在一起常常發(fā)生爭論,一方說物理要求太高不現(xiàn)實,另一方說加速束流指標要保證。但是一旦定下來,大伙兒皆能心往一處想,勁往一處使。民主討論的學術(shù)風氣在這里得到充分體現(xiàn)。
與此同時,魏寶文還騰出時間和精力,組織了另兩項攻關(guān)任務(wù)。一項是高精度計算機控制多探頭磁場測量系統(tǒng)的建立,另一項是高穩(wěn)定大功率直流電源的研制。
高精度磁場測量系統(tǒng)的建立,相當于為等時場的建造提供了一雙敏銳的眼睛。在后來的墊補實驗、一扇原型實驗和四扇磁場測量中,都發(fā)揮了重要的作用。特別是四扇測磁,只用了8個月就高質(zhì)量全部完成任務(wù)。
長期穩(wěn)定度為十萬分之一和萬分之一的大功率直流電源,當時國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)。國外倒是有,但價格十分昂貴。整個磁鐵系統(tǒng)近60臺大小不等的電源,需要花費巨額外匯。魏寶文和同事們跑遍了國內(nèi)相關(guān)的研制單位,最終還是空手而歸。萬般無奈下,只好自己研制。研究員周嗣信帶領(lǐng)幾名科技人員,精心設(shè)計,反復(fù)試驗,同西安的一家專業(yè)廠合作,終于全部用國產(chǎn)元器件研制出不同規(guī)格的樣機,綜合技術(shù)指標達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。
細化方案、課題到人、逐個攻關(guān)……在楊澄中、張恩厚和魏寶文的科學統(tǒng)籌下,一個個圖紙上的創(chuàng)新變成了現(xiàn)實。
十二度春秋,十二載寒暑,經(jīng)過老、中、青三代人的努力,近代物理所終于在1988年底建成了我國第一臺大型重離子加速器。蘭州重離子加速器的成功出束,向世界宣告:中國建成了繼法國、日本之后第三臺大型重離子回旋加速器。這個由成百上千臺儀器、幾千噸鋼鐵組成的龐大系統(tǒng),每一個部件、每一個接口、每一條電線上,都凝結(jié)著魏寶文和同事們的心血。
這一重大成果獲得1991年中科院科技進步特等獎,1992年國家科技進步一等獎。是目前國際上運行的三大常溫重離子回旋加速器之一,至今已運行30年。
1995年,因在中能重離子物理研究上的突出貢獻,魏寶文當選為中國科學院院士。對魏寶文來說,愛國主義就是為祖國發(fā)展而埋頭科研,就是用實際行動為國家鑄就重器。
3 慧眼獨具引創(chuàng)新
作為近代物理所科研工作的“掌舵人”,魏寶文把更多的精力投入到了研究所以及整個學科的發(fā)展中,一系列前瞻性和戰(zhàn)略性的科研決策,讓我國相關(guān)領(lǐng)域科研水平走在了世界前列。
為提高加速器性能,依托SFC和SSC,魏寶文在1984年就部署開展ECR離子源研究工作,利用ECR離子源代替PIG離子源,歷經(jīng)30年的發(fā)展,形成了獨特體系,引領(lǐng)著國際強流高電荷態(tài)離子束產(chǎn)生及ECR離子源技術(shù)研究。
在新核素合成方面,從1989年起,在魏寶文的組織領(lǐng)導下,近代物理所展開新核素合成及其生成機制、核結(jié)構(gòu)和衰變性質(zhì)研究。在過去的20多年里,近代物理所在5個核區(qū)合成20多種新核素,合成了105和107號兩種超重新核素,使我國在豐質(zhì)子新核素合成研究方向上走到了國際前列。
之后,魏寶文和同事將放射性束確定為近代物理所主要研究方向之一。1997年,近代物理所建成了我國第一條雙彎放射性束流線,年均運行1000小時,在輕質(zhì)量區(qū)核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)研究方面取得許多重要成果。
這其中,最重要的當屬重離子加速器冷卻儲存環(huán)(HIRFL-CSR)的建設(shè)。早在上世紀90年代,魏寶文就意識到必須讓重離子加速再往前走一步,提高束流強度和能量,拓展束流品種,為此他提出在蘭州重離子加速器上續(xù)建冷卻儲存環(huán)的設(shè)想。
“當時并沒有十足的把握,只是想讓重離子加速再往前走一步?!蔽簩毼幕貞洠诨匦铀倨魃涎b配冷卻儲存環(huán),當時只有美國印第安納大學有先例,但經(jīng)過考察,發(fā)現(xiàn)那個裝置不但小,而且只加速輕離子,大型重離子回旋加速器上裝配冷卻儲存環(huán)是否可行仍要打個問號。
就這樣,魏寶文帶領(lǐng)三名研究生進行預(yù)研,不但證明了項目可行性,并組織完成了方案設(shè)計和立項論證。魏寶文又一次踏上新征程。
2000年,蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)建設(shè)被列為國家“九五”大科學工程之一。經(jīng)過一批優(yōu)秀年輕人數(shù)年的努力,2008年冷卻儲存環(huán)建成并投入運行,是亞洲最高能量重離子加速器,實現(xiàn)了從氫到鈾的全離子加速,完成了從低中能向高能的跨越,成為世界級的大型核物理實驗裝置、國際一流的重離子科研平臺。
更讓魏寶文感到驕傲的是,冷卻儲存環(huán)裝置中的自主研制設(shè)備達到80%以上,并且實現(xiàn)了多項創(chuàng)新和突破,創(chuàng)造了極高的性能造價比。同時,冷卻儲存環(huán)的建設(shè)還為國家培養(yǎng)和鍛煉了一支優(yōu)秀的青年創(chuàng)新團隊。
在魏寶文的帶領(lǐng)下,從上世紀90年代起,近代物理研究所陸續(xù)開展了輻照育種、材料輻照效應(yīng)等研究;自主設(shè)計的醫(yī)用重離子加速器獲得國家新產(chǎn)品認證,首臺示范裝置調(diào)試成功。
“我們這支科研隊伍都是在大項目中鍛煉出來的,直到現(xiàn)在,老師關(guān)于科學研究、工程管理的理念仍深深地影響著我們?!苯锢硭h委副書記、紀委書記袁平說。
4 恪物明理樹標桿
在魏寶文身上,老一輩科學家那股強烈的責任感和愛國情懷已成為鮮明的時代烙??;在魏寶文的影響下,艱苦奮斗、勇于創(chuàng)新的科研精神代代相傳,鼓舞著一批批年輕人。
面對建成蘭州重離子加速器的巨大榮譽,魏寶文總說:“它的設(shè)計與建造是三代人的事業(yè)?!弊鳛檫@項大科學工程的總工程師,他把自己的工作歸納為兩點。第一,把一個個課題分解出來,落實到一個個科技人員肩上,不漏項;把一個個科技人員的成果,鑲嵌在總體參數(shù)的框架上,隨時調(diào)整。第二,用學術(shù)活動把大家的思想統(tǒng)一起來,為科技人員掃清工作中的障礙,并為科技人員的失誤承擔責任。
魏寶文認真嚴謹、敢于擔責的科研態(tài)度給同事和學生留下了深刻的印象。近代物理所黨委書記趙紅衛(wèi)回憶,每一次大工程、大項目,魏寶文都要反復(fù)組織召開多次討論會,每次都是直切主題抓核心,有時候科研人員出于各種原因繞彎子,總說不到點子上,魏寶文總是不留情面,當場指出。在魏寶文的嚴格要求和影響下,近代物理所上下形成了求真務(wù)實的科研風氣。
為了使核科學事業(yè)能盡快發(fā)展起來,魏寶文非常重視人才培養(yǎng)工作。他帶學生,注重教給學生們治學的方法,激發(fā)他們的創(chuàng)造力,鼓勵他們獨立思考,提高分析和解決問題的能力。學業(yè)上,他是嚴師;其他方面,他又是益友。學生到他家,他總是熱情招待,和學生一起探討科學和人生。學生們從魏寶文那里,不僅秉承了嚴謹治學的作風,也學到了耿介曠達的品格。
中國工程院院士夏佳文,甘肅省領(lǐng)軍人才趙紅衛(wèi)、袁平、原有進……如今,魏寶文培養(yǎng)的學生在專業(yè)領(lǐng)域各有建樹,個個都能獨當一面。
2017年,魏寶文獲甘肅省科技功臣獎。這是對魏寶文院士幾十年如一日潛心科研的至高贊揚。
六十載恪物明理,一甲子盡智報國。從風華正茂到年已耄耋,從普通科研人員到中國科學院院士……改變的是年華、是經(jīng)歷,不變的是對科研的不懈追求,是報效國家的那顆初心。過去,他是領(lǐng)航人,帶領(lǐng)這支踏實肯干的隊伍一往直前;現(xiàn)在,他依然是標桿,只要國家需要,仍然義不容辭地貢獻著智慧和力量。
(原載于《甘肅日報》 2019-05-29 03版)