中国人自己的同步辐射光源诞生 | 裴元吉

编者按

1983年4月8日，国家计划委员会批准国家同步辐射实验室立项。这是我国第一个国家级实验室，我国第一台自主建设的专用同步辐射光源就诞生于此，科研人员亲切地称它为“合肥光源”。

裴元吉，合肥同步辐射加速器的总技术负责人之一，在立项、总体设计、工程建设、整机调试中为加速器的建造、性能达国际先进水平等方面作出了重大贡献。

中国科学技术大学西区的西南角，一座状如“飞碟”的大型建筑格外引人注目，这就是国家同步辐射实验室。我国第一台自主建设的专用同步辐射光源“合肥光源”在这里建成，发出中国第一束“神奇之光”，照亮了我国科学家“追光”的赛道。

合肥光源

来源｜中国科学技术大学国家同步辐射实验室

官网

这是一段成长的历史，也是一个奋斗的故事。

为国铸器：打造探索前沿科学的“眼睛”

1970年，中国科学技术大学南迁合肥后，办起了加速器专业。

“加速器专业办起来之后，大家都在考虑我们的专业到底是往哪个方向发展。”那段时间，“闲不住”的裴元吉一年里有半年时间到处去外面找项目。他于1964年从中国科大近代物理系毕业后，就留校从事加速器研究和教学工作。

“我们这一代人是国家培养出来的，总想通过个人努力做出些成绩，为国家作贡献。”裴元吉说。

但究竟做什么才能对国家的科学发展更有好处，起初他并没有答案。

1975年底，裴元吉向来合肥考察的钱三强汇报了四处找项目的情况。听了汇报后，钱三强说：“你们要立足自己来干这个事情。”“钱先生的话对我触动很大，回来就想怎么办，我们教研室老师就重新一起调研，想路子。”裴元吉回忆。

裴元吉和其他年轻教师查找国内外文献，开展了很多调研。这时，国外正在起步建造同步辐射光源的信息引起了他们的注意。当时，美国、日本已经有建成的同步辐射光源，德国、英国等国家正在建设或计划建设中。我国一些科学家也表示：“我们要做自己的同步辐射光源。”

“就做同步辐射加速器！”这个决定成为整个加速器教研室的共识，中国科学技术大学也支持他们这一大胆的设想。

同步辐射和光一样，是一种电磁波。1947年，美国科学家首次在电子同步加速器上观测到这种电磁波辐射现象，并称之为同步加速器辐射，简称“同步辐射”。产生和利用同步辐射的科学装置被称为同步辐射光源。

同步辐射光源被称为探索前沿科学的“眼睛”，像是一把能“照进”微观世界的“手电筒”。它比传统实验室的光源亮上亿倍，能把以前无法探测的物质微观结构“看”得一清二楚。有了同步辐射光源，原本使用传统X光机需要几个月才能完成的实验，利用同步辐射光源仅需要几分钟就能获取数据。

原来实验室里的光源都是有线谱的，而且只适用于某一类实验。同步辐射光源产生的波长则是连续谱，覆盖范围大，包括远红外、可见光、紫外、真空紫外（极紫外）、软X射线至硬X射线。科学家可以根据需要，从中选取特定波长的单色光，研究特定的科学问题。

正是基于这些特性，同步辐射光源引起了全球物理、化学、生物、材料、医学、农业等诸多领域科学家的兴趣，成为各国竞相研发的重要科学装置。

从零起步，踏上艰辛曲折的“追光”之旅

1977年底，全国自然科学学科规划会议在北京召开。中国科学技术大学加速器教研室教师金玉明代表学校在会上提交了建造“合肥同步辐射加速器”建议书。

1978年2月，中国科学院正式批准在合肥建设电子同步辐射加速器预研项目，随即召开第一次筹备工作会议，成立筹备组，讨论了建造电子同步辐射加速器的初步方案。

时任中国科学技术大学党委书记武汝扬担任项目筹备组组长，科研处处长包忠谋任副组长，何多慧、裴元吉、金玉明、张武等平均年龄不到35岁的教研室年轻教师为主要成员。这支队伍开启了一段曲折而艰辛的“追光”之旅。

预研项目定下的兴奋期过后，大家冷静下来，又有些担忧，“国内从来没有人建造过同步辐射加速器，我们能行吗？”

当时，加速器教研室总共20多人，成立了以何多慧为组长的总体组，全面负责技术工作；同时组建了多个专业组，分别承担各项具体任务。每个人几乎都是从头学、拼命学、拼命干，不懂就问。不仅学习书本上的知识，还请国外专家来校作报告，反复讨论、集思广益后，再确定方案。

姚志远（左一）、裴元吉（左二）

何多慧（中）、金玉明（右二）和

张武（右一）共同商讨解决技术难题

来源｜中国科学报

“关键技术靠别人是解决不了问题的。”在预研项目中，裴元吉主要负责直线加速器的研制。直线加速器的加速管是核心部件，当时我国还没有相关加工和制造的单位。“我们曾希望，美国把不用的加速管赠送或低价卖给我们。但就是一根3米长的旧加速管，美国都要价8万美元。”裴元吉说。

只能自力更生！为了节省项目经费，他们从济南购买了4台超精密车床，在学校精密仪器系的主持和协助下，搭建恒温车间、培训工人，自主设计、加工制造了直线加速器的加速管。

在学校东区西门南侧的加速器小楼里，“从上班开始晚上12点没有关过灯”“一个人顶三个”，但大家从没抱怨过，都觉得投身火热的科研攻关是最大的幸福。

合肥光源直线加速器

来源｜中国科学技术大学国家同步辐射实验室

官网

创造“4个第一”

“同步辐射”项目正式立项

3年时间，380万元研究经费，裴元吉和他的年轻同事们创造了中国加速器界的“4个第一”：建成我国当时最高能量30MeV（百万电子伏特）的电子直线加速器；造出国内第一块超高精度大型弯转磁铁；造出国内第一块聚焦四极磁铁；建成国内第一段近储存环十分之一的超高真空系统。

同时，他们还完成了800MeV同步辐射加速器的物理设计。

1981年10月24日，中国科学院在合肥召开“合肥同步辐射装置预研制及物理设计审定会”。会议认为合肥同步辐射装置已基本具备进入工程的条件。

预研项目的完成在国际上引发很大反响，国内外媒体争相报道。

做完预研，每位小组成员心里都有了底。“干任何项目，如果科研人员信心不足，是绝对做不好的。通过预研，大家建立了信心，弄清楚很多关键技术难点，获得了第一手经验。同时训练出一支过硬的科研队伍，为后期工程打下了坚实基础。”裴元吉说。

1983年4月8日，国家计划委员会发文正式批准建设国家同步辐射实验室。这份复函同时指出：“合肥电子同步辐射加速器实验室，是国家级的共用实验室。”由此可见这是我国第一个“国家级的共用实验室”。

1983年4月8日，国家计划委员会关于建设国家同步辐射实验室的复函

来源｜合肥晚报

1984年11月，国家同步辐射实验室工程破土动工。

从立项到建设，再到运行和多次重大升级改造，数十年来，一代代“追光者”勇担国家使命，白手起家，攻坚克难，实现了我国同步辐射光源从无到有、从有到优、从优到强的梦想。

如今，合肥光源的运行开放达到国际同类装置的先进水平，每年运行时间超过7000小时，开机率优于99%，每年为国内外用户提供优质实验机时40000小时以上。

参考文献：

[1]打造中国人自己的同步辐射光源[N].中国科学报,2024-07-03(004).

[2]我与国家同步辐射实验室建设——裴元吉教授访谈录[J].中国科技史杂志,2009,30(02).

中国科学家博物馆出品