谢家麟的人生旅途——写给青年人

作者: 谢家麟

来源: 中科院高能所

发布日期: 2016-02-21

中国科学院院士谢家麟的一生致力于粒子加速器科学技术的研究,为我国高能粒子加速器的发展做出了重要贡献。他在美国学习和工作期间,研制成功了世界上第一台以高能电子治疗深度肿瘤的加速器,并于1955年回国后,自力更生地参与开拓了我国粒子加速器事业。谢家麟带领团队研制成功我国第一台大科学装置——北京正负电子对撞机,为我国高能物理实验研究奠定了基础。他的经历和成就激励着青年一代投身科技事业,为国家的发展贡献力量。

2016年2月20日,中国科学院高能物理研究所发布讣告,中国科学院院士、国际著名加速器物理学家、2011年度国家最高科学技术奖获得者,九三学社社员,中国科学院高能物理研究所研究员、原副所长谢家麟先生因病于20日8时12分在北京逝世,享年96岁。

谢家麟1920年生于黑龙江省哈尔滨市,1943年毕业于燕京大学物理系,1951年在美国斯坦福大学获博士学位,回国途中受阻,被迫返回美国。1955年,他在美国芝加哥医学中心研制成功世界上第一台以高能电子治疗深度肿瘤的加速器,开拓了高能电子束治癌的全新领域。当年7月,他冲破重重阻力回到祖国,自力更生,参与开拓了我国粒子加速器事业,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。

为纪念谢家麟在粒子加速器科学技术上的卓越贡献,国际天文联合会将一颗国际编号为32928号的小行星正式命名为“谢家麟星”;亚洲未来加速器委员会决定将其颁发的国际粒子加速终身成就奖命名为“谢家麟奖”。

本文是谢家麟为青年人讲述自己的亲身经历而写,发表于2012年,现与读者共享,谨为悼念。编者要我为青年人讲讲自己的亲身经历,我踌躇再三,终于执笔。

踌躇是因为自身经历不一定能为后人取仿,而且可能起了误导的作用。执笔是因为当代青年们的成长取向,密切关系国家的前途和人民的命运。作为一个在科技领域徜徉了半个世纪以上的工作者,在人生之旅到站之前,觉得有责任把自己的足迹记录下来,把自己的经历告诉青年人。这些可以作为他们人生道路的参考,或许可以增添他们前进的信心和勇气。

我于1920年出生于哈尔滨,祖籍河北省武清县康裕庄(现隶属于天津市),父亲曾是哈尔滨的知名律师,后迁居北平。童年的记忆已经很模糊了,军阀混战给农民带来的痛苦却在我幼小的心灵上留下了深深的烙印。1934年,我回到北平的父母身边,进入汇文中学就读。汇文中学是一个教会学校,在当时北平的中学里有一定名气。其设于地下室的物理课实验室设备齐全。

物理教师张佩瑚用英文讲课,条理分明,深入浅出,很能引发学生对物理的兴趣。但我那时除了受到物理课程的吸引外,主要爱好是在无线电和电气上。

1947年8月,我登上前往美国的轮船,此时,大儿亚宁刚出生四个月。我申请的是加州理工学院,因为它当时的教授阵容十分强大,仅物理系就有两位诺贝尔奖得主,难怪学校名满天下,学生趋之若鹜。我之所以选择该校,也是在国内慕名的结果。

但是,我所不知的,就是美国各大学学科发展的重点是各不相同的。加州理工学院的航空、物理、化学、生物等系都是世界闻名的,但微波物理与技术却是以斯坦福大学物理系独占鳌头。我的个人兴趣和几年来在工厂工作的性质,都倾向于更接近实际应用的微波物理与技术。当我了解了这些后,就下决心要转学。我用了9个月,在加州理工学院得到了一个硕士学位。

1951年9月,我终于交了博士论文,办好一切手续,搭上邮轮驶离旧金山,踏上了几年来日夜盼望的归国之旅。这时是新中国成立初期,留学生大都摩拳擦掌,预备回国在祖国的建设中一显身手,贡献所学。在我乘坐的船上就有几十名回国留学生。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,禁止我和另外几个学习科技专业的留学生离境,并要检查我携带的行李。

由于时间紧、箱子笨重,那些人只检查了一个箱子,发现里面全是书籍,于是决定返回旧金山时再行检查。应该感谢他们的官僚主义和十分马虎的作风,我返美后,委托朋友很容易地把箱子从海关仓库里取了出来。

回国后,我到近代物理研究所(后于1958年改为原子能所,1973年改为高能物理所)工作,同时在清华大学和中科院电子学研究所讲授微波技术和加速器相关课程。

回国之初,因为我在美熟悉电子直线加速器的业务,当然是希望开展电子直线加速器的有关工作,把自己的所学贡献给祖国。但做什么样的电子直线加速器呢?这时有两种选择,一是做一台使用磁控管的低能加速器,这是比较简单易行的。

而另一种选择,是建造一台可向高能发展的电子直线加速器,电子直线加速器以直线加速结构为基本单元,将多个这样的结构串连起来,便可将加速器的能量成倍提高,由此可获得极高的能量,这样就可以为我国以后发展高能物理实验研究奠定基础了。建造一台可向高能发展的电子直线加速器技术上存在许多困难,但我当时以为,困难是可以克服的,因而选择了后一条技术路线。

1988年10月北京正负电子对撞机(BEPC)实现了对撞,从而使邓小平同志所说的“中国在高科技领域应占有一席之地”得到了实现。我有幸从1980年起,从开始讨论方案、进行设计,到制造安装,担任它的技术负责人。对其中经过,颇多身历。回顾历史,在中国建造高能加速器,开展高能物理实验研究,乃是我国物理学家长期以来梦寐以求的理想。从20世纪50年代后期,就曾几度筹划、酝酿。

1972年张文裕先生率领我等给周恩来总理写信,建议建造一台高能加速器,开展高能物理实验研究。寄信后得到周总理的批准。至此,事情才开始正式启动起来。1977年11月中央批准代号为“八七工程”的高能加速器的建造任务。这个工程选定建在北京市郊昌平县境内十三陵西南,加速器简称BPS,能量指标几经调正,最后确定为50GeV。

1980年底,我国国民经济调整,基建收缩。

中央决定“八七工程”下马,但高能不断线,可在玉泉路高能所,利用“八七工程”预制经费的剩余部分,进行较小规模的高能建设。此时高能所面临的局面是如何调整。在经费有限的情况下,对加速器方案有:电子还是质子?慢加速还是快加速?强流还是弱流?能量高些还是低些等方案,在这4项考虑中,后3者都是质子方案。就在这动荡时期,李政道教授作为中美高能物理联合委员会的联系人,建议中方同美方进行交流、协商。

1981年3月,朱洪元、我和当时在美的访问学者叶铭汉在美国费米国家实验室(FNAL)与美国参加合作的几个实验室的所长和专家们,举行了非正式的、通报中国高能调整方案的讨论会。在各种建议中,美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)所长潘诺夫斯基提出了建造2.2GeV正负电子对撞机的建议。经过讨论,与会者大多同意这个建议,认为它有明确的物理目标,造价也适合中国的规定。

朱洪元教授和我对潘的建议进行了非常详细慎重的研究,觉得它能量不是很大,规模适中,但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。我根据SPEAR(SLAC当时正在运转的对撞机)对撞机当初的造价,以及从银行资料中,估算了物价变动后在美国造这么一台机器的造价。

这样,2.2GeV对撞机的轮廓逐渐勾画出来了。朱洪元和我从美回国后的主要工作是把对撞机方案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。

BEPC自1981年落实方案开始筹建以来,1982年完成了包括注入器、储存环、谱仪、束流监测控制和基建要求、造价估计的初步设计,开展了预制研究。1983年改进了设计,个别预制样机研制成功。1984年10月7日邓小平和其他中央领导同志为BEPC工程奠基,标志了工程的一个重要的发展阶段。1984底能量倍增器试验成功,90MeV电子直线加速器出束。1985年主要设备分别交货。

1986年进行安装,1987年开始总调,正电子注入储存环,1988年7月同时储存了正、负电子束,10月实现了对撞,真可谓一个胜利接着一个胜利。

在工程即将完成的1986年,我主动辞去了BEPC工程经理的职务。接力棒传到了工程副经理方守贤的手里。他年富力强,精明强干,曾在苏联学习加速器技术,熟悉业务。在他的领导下,BEPC于1988年顺利实现了对撞,性能不断提高。

1989年,国家为北京正负电子对撞机的主要参加人员颁发科技进步特等奖,我排名第一,得此殊荣,我感到无比荣幸。1993年在北京自由电子激光控制台前20世纪80年代,我注意到国际上自由电子激光的发展。自由电子激光工作的媒质是由加速器产生的自由电子,与常规激光波长决定于原子、分子能级跃迁的原理有根本的不同,它的波长随加速器产生的电子能量而变,因此是连续可调的。

另外,由于它用电子束作为工作媒质,有产生极大功率的潜力。因此,它发明之后,世界科技先进国家凡有加速器条件的实验室,风起云涌,竞相开展这方面的研究。但是,它也是一个对实验条件要求十分苛刻的课题,因此,在众多的研究者中,约有半数装置未能工作。这也说明研制工作是有较大难度的。

我认为,以我的专业经验和高能所的人才队伍及设备条件来说,承担这项任务是非常合适的。

自由电子激光的技术虽然复杂,但规模并不庞大,这也就适合我的健康不佳但仍想做点有益的工作的情况,因此就向“863计划”提出申请。后来得到批准,由我担任“北京自由电子激光(BFFL)”课题负责人。BFFL项目1993年底圆满地完成了任务,成为继美国、西欧之后,亚洲第一台饱和出光的红外自由电子激光装置。我国的自由电子激光的研究成果在国际上终于占有了一席之地了。

2000年我已80岁了,虽如三国时代曹孟德所说“老骥伏枥,志在千里”。不过,无论精神、体力终究是力不从心了。但还总想做点于国于民有益的事,而不愿陷入“饱食终日,无所用心”的状态。我从事与电子直线加速器有关的科研工作已五十余年,几十年来在心中孕育着一个问题,就是低能电子直线加速器在科研和生产中的应用是加速器中最为广泛的。但是它结构复杂、价格高昂、需要较高水平的维护人员。

我们能否简化它的结构和使用要求,减小装置的体积和重量,降低它的造价,以便更能扩展它在国民经济和科技研究的应用呢?我经过长期的思考,终于产生了在整体结构上有所创新的、简化电子直线加速器的想法,并带领博士生们做了大量的模拟研究、系统搭建和原理性试验。目前这个新型电子直线加速器可以说可行性已得到验证。因此我很希望找到发挥它特定的领域,加以实际应用。

我1955年回国至今,已经在中国科学院工作了57年。

回国之初,我国的科技事业刚刚起步,几乎是一张白纸,一切从零做起。而短短的半个世纪,如今在航天、核能、高能物理、现代农业、生物、化学、医学等诸多领域,已经跻身国际先进行列。这些成绩的取得,源于国家对科技发展的鼎力支持,归功于千百万科技工作者执着的努力。能够见证中国科技发展的历史,并以个人微薄的力量参与其中,作出一些贡献,是我的幸运。

我个人所取得的成就,应该归功于伟大时代,归功于前辈的启迪,归功于科研集体的共同努力。

几十年来,时常有人问起,是否后悔当年回国的决定,我总是回答“我不但不后悔,而且感到非常庆幸,做了正确的回国的选择。使我有机会施展自己所学的知识,为祖国建设服务”。这完全是我至今的心态。

事实上,在我1955年回国之初,有记者也问过我为什么要回国,我曾告他:我留学期间学到了一点点本领,留在美国工作只是“锦上添花”,而回到祖国则是“雪中送炭”。希望自己能对生我育我的祖国作出些贡献,乃是我们这代留学生的普遍心声。

众所周知,社会需要的是德才兼备的人才,而又以德为主。要做一个正直、正派的人。

一个人没有成为伟大的人物是可以原谅的,因为这需要特殊的能力与机遇,但若没当好一块“平凡”的砖瓦却是不可原谅的,因为作为一个有道德的、勤奋敬业的优秀公民是谁都应该而且可以做到的。在学校读书求知,如入宝山,俯仰即得。但人的精力有限,终究要集中于某些方面。我是搞科学技术的,对科技自然有些偏爱,也深知科技对一个现代化强国的重要性,故此殷切地希望有更多的青年献身于此。

要知道,在漫长的求知、致用的科研道路上,进入大学只是万里长征第一步,即便有了博士学位,也只是科研事业的开端。因为,一个人占有的知识终究是有限的,更重要的是掌握学习方法,这才是拥有了活水的源头,它会使你终生受用,取之不尽,用之不竭。

从大学到留学,我都是学习物理的,但一生所作所为又大都是技术性很强的工作,参与过几项大科学工程。同时,我早年是经常自己动手的,相信“说”与“做”的统一。

在这个背景下,可能使我的认识有经验主义的倾向,不过如果我的手脑兼用的经验,能对从事综合性强的实验工作者有点参考价值,我也就会感到十分的满足了。法国勒布蒂特教授曾说过,他如果像猫那样真有9条命,他希望用9条命都来进行科研工作,中国也有一句话,“九死不悔”,我自身对科研工作的爱好颇能使我体会到这些话的感情境界。

但可惜“神龟虽寿,犹有竟时”,我觉得我国加速器界还有大量的重要的工作要做,应该尽快填补空白、迎头赶上。但这些只好留待后人了。曾经两次获诺贝尔奖的英国生物学家桑格说:“有的人投身于科学研究的主要目的就是为了得奖,而且一直千方百计地考虑如何才能得奖,这样的人是不会成功的。要想真正在科学领域有所成就,你必须对它有兴趣,你必须做好进行艰苦工作和遇到挫折时不会泄气的思想准备。

”20世纪80年代,我曾有机会游览敦煌胜迹,看到了锦绣河山,体会到中华民族悠久的灿烂文化传统,我不禁慨慷系之。深感我们后代不应只吃辉煌过去的老本,应该把祖先业绩发扬光大,要抓住机遇,努力赶上世界的前沿,作出不愧炎黄子孙的贡献。曾写小诗明志:老来藉会到凉州,千古烟霞眼底收。绿被兰山左氏柳,雄关嘉峪古城头。黄沙漠漠丝绸路,白雪凝凝川水流。石室宝藏观止矣,跃登天马莫淹留。愿以此与青年人共勉。

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