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分院人物

魏寶文院士:“我們一定能建成自己的回旋加速器”

  60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,就來到了那個理想開始的地方——中國科學院近代物理研究所(以下簡稱近代物理所),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。 

  60年間,魏寶文心無旁騖地致力于推動近代物理所事業(yè)在甘肅的發(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)用做出了重大貢獻,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。 

   

  魏寶文院士 

    

  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。 

    

   

  魏寶文少年及青年時期 

    

  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),他盼望著能在著名核物理學家楊澄中的指導下工作。但是,由于種種原因,他的愿望落空了。     

  然而,或許是“命運之神”的安排和照顧,1959年,由于物理學家金建中的引見,楊澄中收下了他這個“徒弟”,他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,來到西部并扎根西部,投身于火熱的國家建設(shè)中。 

  魏寶文思維活躍,勤奮好學。60年代初,在楊澄中指導下,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29百萬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912百萬電子伏特中子對鋰—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)。 

  70年代,他還對核聚變反應(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。 

  他的成績和榮譽引人矚目,可是,他在耕耘中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。 

    

   

  楊澄中、魏寶文(右1)與外國專家討論 

    

  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、生命科學等其它學科,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”。“在一窮二白的基礎(chǔ)上搞研究,重離子加速器研究頻頻遭遇‘腸梗阻’”魏寶文對當時的困難記憶猶新。 

  他的合作者是理論物理學家羅詩裕。他們配合非常默契,花費不到一年的時間就完成了理論研究任務(wù)。在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:在我們所要加速的能區(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。”十多年后,曾任近代物理所黨委副書記的陳蔭林向魏寶文回憶當時的情況時說,“這在當時是一個影響到下不下決心的問題”。 

    

   討論SSC設(shè)計方案(右一楊澄中,左立魏寶文) 

    

  19766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,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。 

    

  

  分離扇回旋加速器(SSC 

    

  當工程真正開始時,一些薄弱環(huán)節(jié)顯現(xiàn)了出來: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,他對自己將要開展的工作進行了極為充分的準備,要解決的問題十分清楚。所以,一到法國,很快就進入了角色,用超乎常人的勤奮刻苦汲取國外先進經(jīng)驗和知識。他用自已的出色工作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?!?/span> 

    

   

  1979年魏寶文院士(左)同楊澄中先生在巴黎 

    

   

  1979年魏寶文院士(右5)在格林諾布爾參觀 

    

  回國后,作為總工程師,魏寶文負責物理總體、技術(shù)把關(guān)、參數(shù)協(xié)調(diào)、磁鐵建造和聯(lián)合調(diào)束。 

  彼時,魏寶文正當盛年,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)的冶煉人手,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親自抓了等時場的墊補實驗,取得了可靠的數(shù)據(jù)。他還請了一位多年從事核物理實驗的物理學家張振康,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,等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。魏寶文和他的同事們跑遍了大江南北、黃河上下,在國內(nèi)尋找研制單位,最終都落空了。萬般無奈,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,反復試驗,同西安的一個專業(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年歲末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,向世界宣告了: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)著魏寶文和他的同事們的心血。 

  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。這是對他的工作的一種肯定。對魏寶文來說,他真正做到了為祖國發(fā)展而埋頭科研,實現(xiàn)內(nèi)心的愛國主義,這種愛國主義是推動他科學研究不斷勇攀高峰的精神動力,是他用實際行動去為國家鑄就重器的展現(xiàn)。 

    

   

  1989年魏寶文院士在重離子加速器首次調(diào)試成功會上作報告 

    

  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SFCSSC,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多年的時間里,近代物理所在5個核區(qū)合成20多種新核素,合成了105107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。 

   

  1993年魏寶文院士在新核素合成研討會上 

    

  

  和同事討論新核素合成工作 

    

  之后,魏寶文和他的同事將放射性束確定為近代物理所主要研究方向之一。近代物理所1997年建成了我國第一條雙彎放射性束流線,年均運行時間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)(HIRFLCSR)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)建冷卻存儲環(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?!痹诨匦铀倨魃涎b配冷卻存儲環(huán),當時只有美國印第安那大學有先例,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存儲環(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,中國科學院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。此外,該所自主設(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。 

   

  重離子加速器模型圖 

    

  “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。”甘肅省領(lǐng)軍人才、近代物理所黨委副書記、紀委書記袁平說。 

 

  冷卻儲存環(huán)主環(huán)(CSRm)隧道 

    

  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印;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。 

  彼時,面對建成蘭州重離子加速器的巨大榮譽,他自己卻說:“它的設(shè)計與建造是一個群體的事業(yè),在這個群體中包括了三代人:老一代的科學家和熱心科學事業(yè)的黨政領(lǐng)導,中年一代的科技人員、管理人員和工人師傅,年輕一代的科技人員。作為所長,作為這項大科學工程的總工程師,我想我做的事情可歸納為兩點:第一,把一個個課題分解出來,落實到一個個科技人員的肩上,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?!?/span> 

  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,魏寶文總是毫不留情面,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。 

  為了使祖國的核科學事業(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,提高分析問題和解決問題的能力。學業(yè)上,他是嚴師;其他方面,他又是學生們的益友。學生到他家,他總是熱情招待,并把大米送給他們煮稀飯吃。他們在一起探討科學,也探討社會和人生。研究生出國前,他總是千叮嚀萬囑咐:要記住養(yǎng)育我們的這片熱土,要時刻想著祖國。學生們從魏寶文那里,不僅秉承了他嚴謹治學的作風,也學到了他耿介曠達的品格。 

  如今,魏寶文培養(yǎng)的學生在專業(yè)領(lǐng)域各有建樹,各個都能獨當一面,他的學生包括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…… 

  2017年,魏寶文院士獲甘肅省科技功臣獎。這是對魏寶文院士六十年如一日,心無旁騖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,他仍將義不容辭地貢獻智慧和力量。魏寶文就是這樣永不停歇地探索著、奮斗著。他的心和祖國緊緊連在一起。  

  魏寶文簡介: 

  核物理學家。河南禹州人。1957年畢業(yè)于北京大學物理系。1995年當選為中國科學院院士。曾任中國科學院蘭州分院院長、近代物理研究所所長、蘭州重離子加速器國家實驗室主任等職。主要從事核物理和加速器物理的理論與實驗研究并獲多項重要成果,作為蘭州1.5米回旋加速器建成后的首批使用者,研制出29MeV單能中子源,用于重要的國防科研任務(wù)。參與了912MeV中子對鋰-6和鋰-7的非彈性碰撞截面測量,澄清了世界各國數(shù)據(jù)在峰值區(qū)的分歧,為氫彈的研制提供了我國自己的核數(shù)據(jù)。領(lǐng)導建成了我國第一臺大型重離子加速器,開拓了我國中能重離子物理研究的新領(lǐng)域。主持實施了發(fā)展先進的ECR離子源計劃,顯著改進了加速器的性能。提出在蘭州重離子加速器上開展放射性束物理研究和續(xù)建冷卻存儲環(huán)的大科學工程計劃,完成概念性設(shè)計,該項目作為國家“九五”大科學工程已建成投入使用。 

       編輯:汪寧寧 王晶 尹經(jīng)敏 宋華龍 

  審核:王濤 張懷剛 趙紅衛(wèi) 

  參考資料: 

  1.《開拓中國重離子物理研究新領(lǐng)域》,中科院近代物理所2018125日; 

  2.孫理:《讓蘭州因為重離子加速器而自豪》,《蘭州日報》2018126日; 

  3.何燕:《甘肅省科技功臣魏寶文:我國重離子科學的開拓者》,《蘭州晚報》2018126日; 

  4.岳??骸逗丝茖W領(lǐng)域的耕耘者》,《蘭州科技報》1993120; 

  5.魏寶文:《為建成蘭州重離子物理國家實驗室而奮斗》,《科學報》1987825日; 

  6.梁峽林、賀瑜:《魏寶文榮膺甘肅省科技功臣》,每日甘肅網(wǎng)20180123日。 

    

      

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