加速器物理学家——陈佳洱

加速器物理学家——陈佳洱
陈佳洱,中科院院士,第三世界科学院院士。

曾任北京大学校长,国家自然科学基金委员会顾问,国家“973计划”专家顾问组副组长,中科院研究生院物理科学学院院长,国际科联中国协调委员会(ICSU-CHINA)副主席,萨拉姆国际理论物理研究中心科学理事会理事,日本原子能机构(JAEA)顾问等职。

2000年当选英国物理学会特许会员(Fellow, Chartered Physicist),先后获美国加州门罗学院、日本早稻田大学、香港中文大学和英国卢孚博鲁大学荣誉理学博士学位。

一、父亲影响树立对科学的向往
陈佳洱于1934年10月1日出生在上海。

父亲是著名的中国儿童文学宗师陈伯吹。

陈佳洱是独子,在他的记忆中,自小家里有很多书,不仅有父亲写的诸多童话书,还有古今中外文学书和各类报刊、画报等,父亲每天写书编书,家里常有书信及书稿寄来。

受父亲写作的影响,童年的陈佳洱曾想去当作家,而同样是父亲,让他走上了追求科学的道路。

陈伯吹生活在中国最动荡的年代,面对饱受欺凌的中国,他深知“科学太重要了”。

即使在写作上有很深的造诣也丝毫没有减弱他对科学的向往。

他不止一次的对陈佳洱说:“如果不是家里清贫,我会去念数学,用科学富强祖国。

”
父亲对科学的热爱,也灌注到了对陈佳洱的教育中。

陈佳洱记得,他还很小的时候,父亲总是一个人在书房中写作,有一天,陈佳洱悄悄溜进去,却正好遇上雷雨天气时的电闪雷鸣,一下子就被吓哭了。

父亲一边安慰他一边问为什么会打雷,陈佳洱说邻居老奶奶和我讲过,是雷公公要劈不孝之人,父亲说不对,打雷是云层里的正电和负电碰撞的结果。

说完还剪了几个小纸人做实验。

父亲生动有趣的“游戏”,让陈佳洱开始爱上了科学。

陈佳洱上中学后,住宿在学校里。

但只要上映有关科学家的电影,父亲都会接他去看。

如《发明大王爱迪生》、《居里夫人传》等。

在看完居里夫人在非常简陋的条件下,历尽艰辛,用手工处理放在缸中的8 吨沥青矿石渣。

经历了无数次的失败,最后经过5600 次结晶,提炼出了0.1毫克的镭后,年少的陈佳洱大受感动,父亲就鼓励他要学习居里夫人,做一个对科学有贡献的人。

可以说是父亲对科学的热爱,指引了少年陈佳洱对科学的向往。

正如陈佳洱说的:“文学和科学,如同父亲的两只臂膀,都是父亲的最爱。

父亲穷其一生耕耘着儿童文学事业,我则用我的一辈子实践着父亲科学强国的理想。

”
二、大学,物理学家的起点
“考大学的时候,我既想上北京大学,也想上海上交通大学,心里也没有想好。

我父亲有几个朋友是地下党的党员,他们建议我应该到老解放区去上大学,结果我
就报了一个大连大学。

我报的不是物理系,是电机系。

因为那时候对电有兴趣,而且我觉得解放了国家要强大,需要发展工业。

”
在去了大连大学、吉林大学之后,陈佳洱还是通往了他少年时便深切向往的燕园。

与北大擦身而过在陈佳洱看来并不是遗憾,而是幸运,他在大学时的老师王大珩、朱光亚等等,都是我国非常著名的科学家,陈佳洱在这些名师门下开始了他的大学生活,因此打下了非常坚实的基础。

那时,王大珩先生是物理系主任,在陈佳洱这些年轻学生的心中,是大师名家,但他总是亲自带着学生们做物理实验,要求非常严格,每次做实验前总是要问学生是如何考虑的、目的是什么、准备怎么做等等,做完了还得将实验报告、有关数据表格都做好,经他审看打分认可后才行。

1952年因为全国大学院系调整,陈佳洱随其专业从大连大学转到了吉林大学。

上大学三年级的时候,给他上原子物理课的老师,是从北京调到吉林大学的著名科学家朱光亚。

后来,朱光亚先生还指导了陈佳洱的毕业论文。

师生俩都没有预料到,这种师生关系和共同的学术研究方向,后来还促成他俩先后从吉林大学调到了北京大学。

在吉林大学读到快毕业的时候,陈佳洱准备考北大的研究生,走进他梦寐以求的北大校园。

但爱才心切的系主任余瑞璜教授,却因为陈佳洱的优异成绩,让他不去北大读研究生,将他留在了吉林大学。

1955年1月,中共中央书记处扩大会议讨论后,做出了在我国建立核工业、发展核武器、建立中国原子能事业的决策。

那年春天,教育部下调令,将陈佳洱的毕业论文指导教师朱光亚调往北大。

朱光亚先生调走后不久,一纸调令,也将陈佳洱调到了北大。

那时,从各地调到北京大学参加筹建物理研究室的教师中,既有朱光亚这样一些教授,也有一些副教授和讲师,陈佳洱是唯一的助教,刚刚二十出头,刚报到时一些领导不认识他,见了他时还很诧异从哪儿来了个小孩。

但任务非同一般,要求这批从五湖四海走到一起的科学家,在一年左右的时间里培养出我国第一批原子核物理专业方面的人才。

当时面临的两个任务,一个是紧急地去全国高校中选调一百名学生,一个是根据教学需要立刻建起一座实验室来。

当时给陈佳洱布置的任务是出去招生,那时离正式开学的日子只有两三个月了,陈佳洱与同事们马不停蹄地去北京大学选调了一批优秀的大三学生,又到吉林大学、武汉大学、复旦大学去选拔了一批,招生归来,建立实验室的任务又落在了陈佳洱肩上。

陈佳洱负责带领几位刚毕业的助教,筹建原子核物理教学的实验室,排出教学实验来。

做实验需要有房间。

钱三强先生就指定从中科院化学所腾出两层来给他
们做实验室和教室。

有好多仪器、器材没有,钱先生就让中科院的近代物理所的器材室提供,只要有的就可以领走。

没有的,就得自己去买。

经过半年的时间,实验室很快建立起来了。

当时几乎每个实验都要用到核子计数管,所以陈佳洱专门搞了一个小的车间,来生产核子计数管。

还有一个实验是要做计数管的工作特性。

因为计数管进行了大量放电计数之后,需要有一段恢复时间,在这段时间内,它是不灵敏的,称之为“死时间”,那么这死时间是多长,怎么显示出来,怎么让学生知道计数管有这个特性呢?陈佳洱就专门设计一个电路,进行试验。

经过多次调试和调整后真能工作了。

当示波器出现死时间的图形时,他非常高兴。

正当他为首次得到的波形在自我欣赏时。

蓦然听到一声“这个波形很漂亮嘛”,回头一看,没想到朱光亚老师早就不声不响地站在他后面看了多时了,朱先生的称赞让陈佳洱兴奋不已,已然忘记了之前的疲劳。

三、“加速器”之路
1963年,陈佳洱以交流访问的名义被北大派往英国牛津大学进修,从事等时性回旋加速器中央区的研究。

指导他的是牛津大学的威尔金森和卢瑟福研究所的劳森,二人都是英国皇家学会的会员。

当时回旋加速器的一大难题是,加速器引出束流的强度通常只有注入流强的百分之十几。

离子是如何丢失的?劳森让陈佳洱研究这一重要问题。

他使用微分探针逐一确定各种离子成分的轨道,将实验诊断与理论分析及计算机模拟相结合,逐圈分析各轨道的粒子动力学特性,终于弄清了束流衰减的机制。

在此基础上,他采取相应措施,使束流的传输效率提高了三倍以上。

其间他还用实验证实了越隙共振的存在,并发展了用正弦波电位器调整谐波场来控制离子轨道中心,以抑制越隙共振振幅增长的方法。

这些成果在1965年国际回旋加速器会议上发布,受到了国际同行们的重视。

后一方法在“文革”后也被国内研制的两台回旋加速器所采用。

1972年,陈佳洱开始致力于研制螺旋波导加速器的工作,从理论上研究了导致螺旋线的动态不稳定的特性,并通过研制强度更高的短螺旋线耦合结构和调整负载因子等办法,解决了从结构到稳定运行的一系列问题,建成了第一台可用的螺旋波导加速器样机。

之后,他和同事们研制的螺旋波导聚束装置获得了北京市科技成果二等奖。

1982年8月,陈佳洱前往美国纽约州立大学石溪分校核结构研究所,承担了该校超导直线加速器脉冲化系统的研制任务。

在那里他将原在国内发展起来的束流脉冲化二维理论拓展应用到包括双漂移聚束器、高能后切割器、后聚束器及各种束流输运元件的组合群聚等时输运系统上,将这一研究成果编制成控制脉冲化系统的专用软件,并根据所输入的实验条件,直接控制加速器各有关设备,运行起来既方便又可靠。

石溪的同行们把这种运行方式称为“陈氏模式”,一直沿用至今。

经过努力,陈佳洱和同事完建造了一台能量为 4.5MV 的静电加速器,还依靠海外同行的帮助,在短短几年里创建了第一台射频效率达到国际前列的螺旋波导聚束器和整体分离环型RFQ (射频四极场)重离子直线加速器、研制出我国第一
只射频超导加速腔,并在牛津大学赠送的2X6 MV 串列加速器的基础上建立了第一台面向用户的碳-14超高灵敏度质谱计,为后来的国家重大项目“夏-商-周断代工程做出了重要贡献!”
陈佳洱致力于粒子加速器的研究与教学工作30余年,已取得一批国际先进水平的成果,并获得多项国际国内科研奖项。

1990年底,他被国务院任命为国家自然科学基金委员会副主任,此外他还相继担任中国物理学会理事长、中国科协常委、北京市科协主席、亚太物理学会主席及国家高技术研究发展计划410主题专家组顾问,2002年,陈佳洱当选为国际纯粹和应用物理联合会(IUPAP)副主席。

总结自己走过的历程,他曾写下这样的感想:“科学事物,必须不断研究,认真实验,只有通过韧性的战斗,才可能获取光辉的成就。

”。