中国科大合肥同步辐射光源从无到有的往事

本文来自微信公众号：返朴 （ID：fanpu2019），作者：邸利会

原文标题：《一段艰苦的科学创业往事，一段没有没有错付的青春》

特约作者 | 邸利会

这一次，裴元吉真的生气了。花了差不多半年的调研，一本很厚很详细的建造离子源的报告在交给高能所“753 工程”的负责人审阅后，却迟迟收不到答复。

“当时我住在玉泉路。住了一个礼拜，问他们，说等一天吧；到了第二个礼拜，我就找他们，其中一位（朱孚泉）就说你的调研报告写的挺好，但我们自己做，不要你们做了。当时我很生气，但没办法。”裴元吉回忆。

自从 1970 年科大南迁后^[1]，整个的加速器专业的人没做什么真正的事情了。过去的几年中，裴元吉差不多一年里有半年都在外面“化缘”，搞项目，拉经费，企图让加速器专业办下去，但一直没什么结果。他于 1964 年毕业于中国科学技术大学近代物理系，并留校从事加速器的研究和教学。

1975 年底，一直郁闷的裴元吉把在高能所的“遭遇”告诉了来合肥考察的钱三强。

没想到，听完回报后，钱却说：“谁要你们抱人家大腿的？我们抱大腿的亏吃的还少吗？过去我们抱苏联的大腿，他踢你一脚，爬都爬不起来！你们要立足自己来干这个事情。”

“我本来是想他能支持一下，让高能所把负离子源的事情给我们来做。”裴元吉说，“他的这番话对我触动很大。随后，我们就一起重新调研，想路子。通过查找文献，多方调研之后决定：就做同步辐射加速器。”

这年是 1976 年。^[2]

“大了就不敢提”

设备残缺、师资匮乏。上了年纪的教员大多没有随校南迁，加速器教研室只有五六个教员，平均年龄 30 多岁。这是当时的情况。

他们并非没有做过努力。1975 年，利用科学院 30 万的预算，教研室准备建造一个跑道式电子回旋加速器。“那是为了把核技术延续下去，我们闲的无聊了，总得支撑下去吧。”包忠谋说。彼时，他任科大科研处的处长。虽然做了些理论计算，也发了文章，但由于缺乏实际建造的费用，回旋加速器后来不了了之。

这时，建造同步辐射加速器的议论在科学界悄然兴起。

1977 年，从北京归来的科大副校长杨承宗告诉包忠谋“同步辐射的事，要注意一下。”“他没有多说，就这一句话，我就记住了。”包忠谋回忆，“有一次，毛主席的外孙高能所的萧意轩到科大讲课，也谈了这个事。原子能系的很多人因此都知道这个事。”

“最早的议论是从科学界开始的，包括中科院高能所、物理所、科大，大家都在议论这件事。当时我们在寻找方向的时候，并没有一个真正拿到的任务，就想做同步辐射。高能所正集中做质子加速器，他们不可能做这件事情。”时任科大加速器专业委员会主任的何多慧告诉我。

虽然做着资料的准备，虽然都知道此事，但正式建造的意见却迟迟不敢提出。“同步辐射项目太大了，小打小闹可以，大了就不敢提。”包忠谋说。

1977 年 6 月，科大得到科学院的通知，将于 10 月参加全国自然科学学科规划会议。箭在弦上不得不发了。

1977 年 10 月，包忠谋带领科大代表团 30 多人进京开会。加速器教研室成员金玉民代表科大做了报告，建造专用同步辐射光源的计划就此列进了凝聚态物理的发展规划。

“当时，科学院物理所、化学所都说会支持我们，主要是看科大具有各方面的人才。当时北京也还没有彻底恢复过来，合肥相对没有政治上的干扰。”何多慧说。

1978 年 3 月，中国科学院在合肥召开第一次筹备工作会议，讨论合肥同步辐射光源的初步建造方案，中国同步辐射事业正式启动。

“有事做的机会是一生中最重要的”

1977 年 9 月，在吉林省梨树县农机修造厂当技术员的刘祖平突然接到了同学姚志远的信件。主任何多慧希望他回科大。

自从 1968 年从科大近代物理系毕业后，刘祖平在基层已经待了近 10 年：“我心里也很清楚，老师们都愿意我回来。他们记得我念书时，是个好学生。”

一切都变的那么顺利，1977 年底，33 岁的刘祖平回到了科大。在当时工作调动要“专业对口”的氛围下，许多从物理专业毕业的人也通过各样途径联系到了科大，而不管他们毕业后从事的是何种工作。

除了需要恶补遗忘的数理知识和英文，对于即将拿到的任务，刘祖平并不熟悉，他甚至都没有听说过同步辐射这个词。

“对于我来说，其实做什么是无所谓的。如果有人曾经体会过这么一种时候，想做任何事情都可能做不成，没有人能让你做，那么，你会觉得有事做的机会是一生中最重要的。”刘祖平说。他后来是同步辐射二期工程的总经理兼总工程师。

一切从零开始。中国此前还没有人建造过同步辐射加速器。买设备，请顾问，原来科学院拨给的 30 万此时也转向了同步辐射。400 万，3 年，预制研究开始了。

原子能系、精密机械系和其他的院系开始一起协作完成这项工作。“那时候，科大集中各方面的力量干，埋头苦干，不小打小闹了。”包忠谋说。

“国家文革刚结束，迎来科学春天，大家都希望中国科学能够发展，把失去的时光能够捞回来。科大下迁弄的一无所有，极其困难，大家不屈不挠、艰苦奋斗的精神非常强烈，想着一定要改变这个面貌，科大要站起来，不能倒下去。出于这两方面的考虑，我们没有白天黑夜，拼命的干活。非常困难，但非常齐心。”何多慧告诉我。

为了节省经费，预制组从当时做机床最好的山东济南买了四台机床，随后对工人进行培训，整个直线加速器的安装费用只用了 2 万元。依靠最多时不足 50 人的队伍，科大在 1981 年即完成了预研：制造了 30MeV 的电子直线加速器、一块弯转磁铁、一块四级磁铁及一个储存环的超高空系统以及物理设计。

1981 年 10 月 24，中科院在合肥召开“合肥同步辐射装置预研及物理设计审定会”，会议认为装置已基本具备进入工程的条件。“当时与会专家评价很高，说为加速器界平了反。”裴元吉说。

他所指的是 1980 年被迫下马的“753 工程”。据说，该工程花了 9000 万却没看到任何东西，让当时的所有人都感到很不满意。科大的成功多少有点出乎意料。

“科大受到外界的干扰很少，一心就搞这件事。大概许多人不太相信科大能搞这件事情。”裴元吉说，“我记得杨振宁 1981 年到我们实验室访问，他参观了我们的研究成果后，讲了句很值得回味的话。他说：‘你们在这里做出了这么好的成果，是不是远离政治中心的缘故？’”

立项波折

“评价很高”的项目在正式立项时却遇到了波折。从 1981 年的下半年直到 1984 年的上半年，项目组几乎陷于长久的等待中。

“这主要是上面领导不太放心，因为科大毕竟没有搞工程的经验，都是老师，人力上也没有保障。”在裴元吉的印象中，虽然报告早就提了上去，但从 1982 年到 1984 年，几乎年年都要开专家审查会对项目鉴定。

更为重要的原因是，要拿这么大一笔“巨款”，领导层不能不有所考虑。虽然经费是由科学院拨，但在当时，只要超过 3000 万都需国家计委批准。有多少钱办多大事。对于担任一期总工程师的何多慧来说，需要根据钱的多少，来“调整”光源的设计指标。

与开始规划时限定科大的 3000 万相匹配，最早的设计是 400MeV 的直线加速器满能量注入到 400MeV 的储存环。但何多慧等人到美国调研的结果却是 400MeV 的储存环能量太低，必须提高到 800MeV，这样的花费就远不止 3000 万。但不想，随后科学院派人传达对撞机工程领导小组组长谷羽的话，“最多不能超过 4500 万”。

无奈之下，在和费米实验室的邓昌黎教授商量后，何多慧决定在储存环保持 800MeV 的前提下，把直线加速器的注入能量从 400MeV 降低到 200MeV；直线加速器的坑道还是照 400MeV 修，将来一旦有钱还可补足。

1984 年 6 月 25 日至 7 月 4 日，北京京西宾馆，北京正负电子对撞机工程和合肥同步辐射加速器工程扩大初步设计审定会召开。会议认定，投入 4500 万做同步辐射加速器根本不可能，最后同意加至 5000 多万（作者注：实际最后追加到了 6000 多万）。

“姚依林强调两个都列入七五国家重点工程。因为高能所基本没问题，我们也同时列入的话，是一个很好的鼓励。”时任一期工程办公室主任的胡胜生回忆道，“国家的经济能力不强是一个最大的限制，从最早的 3000 万最终追加到的 6000 多万，在当时都是很大的数目。方毅在科大的一个会议上曾说过很著名的话，‘脱了裤子都要上’，因为国家的经济能力弱。”

“上面是支持对撞机的，看我们新搞了同步辐射，没办法不要了，也没办法推迟，就同时支持了两个。”包忠谋强调，“也有的领导觉得高能所的加速器也能搞同步辐射，就要把我们的推后。但实际上，高能所的同步辐射只能寄生运行，效果并不太好，所以到最后就决定搞两个，没办法叫我们停下来。”

1984 年 11 月 20 日，合肥南郊的科大新校区举行奠基仪式，一期工程正式启动。

挽大厦于将倾

作为一期工程办公室主任的胡胜生平时免不了进京走动。

时间是在 1985 年的暑期。胡胜生在院机关碰到了协助对撞机领导小组组长谷羽工作的领导小组办公室主任柳怀祖，他曾是科大 63 级的毕业生。在闲聊中，柳怀祖透露说，同步辐射的事情“有点阻力”，凭着私人的关系，他建议胡胜生尽早打算下一步的去向。胡胜生说，倒是听说了此事，但不一定确切。但没想到，柳怀祖却极为肯定，随即拿出文件并叮嘱说“一定不能抄”。

“没想到，看到了真实的文件。内容大概是认为工程在技术上有难度，高能所的对撞机也有兼同步辐射，国家经济调整，压缩基建，储存环就不上了。周光召等主要领导都批了，我想几乎是没什么余地了。太突然了。”胡胜生告诉我。

当晚，胡胜生打电话向科大报告了消息。在得知第二天校长管惟炎会来北京后，次日，胡胜生便直接来到中关村，向校长报告了此事。

“当时管校长非常冷静，没有过多评论，只是说知道了。后来我知道，他为了这事，和院里大发雷霆。”胡胜生说，“后来在一次会上，管校长说我们的工程差点下马，就像是女排快落地的球又救起来了。他就用这样诙谐的话，轻描淡写的带过去了。”

除了管惟炎的力保，据柳怀祖回忆 [3]，当时年事已高的严济慈也力挺这一项目，时任中科院院长卢嘉锡也非常支持。

但“危机”并未彻底扭转。

1987 年初，科学院里传出一个决定：直线加速器如果年底调不出束，工程就要下马。1987 年过完春节后，副校长包忠谋召开了一个“三总一办”会（总经理、总经济师、总工艺师、办公室主任参加）。

“我记得是 2 月 23 日，听到院里的消息以后，大家群情激昂，下决心要克服困难，说无论如何要把加速器建成。由于我是分管直线加速器的，所有的老总都问我：‘你要表态，直线加速器能不能建成？’”裴元吉说。

正常算来，安装加速器需要一年，调试加速器需三个月，这样要到 1988 年的 6 月份左右才可调试出束。

“当时我提出三个条件：第一加班，1 小时 9 毛钱，给我三五万就够了；第二是安装队伍必须统一指挥，要不就老何（何多慧）要不就我挂帅，包括后勤，省去很多手续。买东西回头再报帐，饭要送到现场；第三，几个队伍要专门成立起来，统一管理。做到这三点，出束还是有可能的。”裴元吉介绍说。

从训练工人开始，制定严格的安装程序和验收程序，不达要求不允许到总机上安装。凭着 9 毛的加班费和每晚加班搞到夜里一点的劲头，10 月 20 日安装提前完成。11 月 1 号调试，11 月 9 号束流达到要求。直线加速器的建成保住了整个同步辐射的项目。

困境重重

虽然批准了建设五个实验站，但实际上 6000 多万的经费，只够建设一个实验站。“如果只建一个站，就像是一个大车只拉了一个茄子，非常浪费。后来，我们就从有限的经费里面挤钱，尽可能节省每个铜板，坚持建造了五线五站。”何多慧坦言。

除了经费拮据，人员也十分缺乏。但即使如此，工程组还是利用科学院给科大的出国名额，派遣年轻人出国学习。刘祖平便是这其中的一位，他去了斯坦福。

学习之外，刘祖平免不了为工程组提供帮助，而每次寄回的信都很厚。

“那时候他们不断地会给我去信，有时候是主要的头，有时候是底下工作的人给我来信，问我一些很具体的，和工程设计之类有关的问题。我就会去找懂的美国人，尽量地把它记住，写下来，寄回来。” 他说。

由于中国直接通过商务部门买仪器和电子学元件相当困难，不是禁运就是等很长时间的审批，身在美国的刘祖平也经常帮实验室购买设备：

“我以个人的名义，从斯坦福打电话，他们就认为这些东西是给斯坦福的，我并不纠正他的错误，但我也不主动说是给斯坦福的。有人回国，把东西放包里作为行李就带回来了，这样买了相当多。有比较大一点的东西，比如频谱仪，现在也不是什么很了不得的东西，但是当时在国内就买不到水平很高的。”

由于经验的缺乏，一个器件有时也会花费很长时间，这样的例子并不少见。更重要的是，当时的工业基础相当薄弱，很多东西厂家不会做或者做出来有问题。甚至，普通的螺丝钉、插头插销都不合格。

为了保证器件加工的质量符合要求，所有的设计人员只能到厂里去盯着做，和厂家商量一同解决难题。高频系统的负责人冯兰林就是一个例子。

“他是穿着棉袄去，穿着背心回来，带着技术人员，扎在山沟里，从头盯到尾。”何多慧回忆说，“冯兰林自己掏工资买盐请工人干活，我们一分招待费都没有啊。那个时候真是没有办法，艰难极了。你就不知道什么时候才能把你的事情做下去。你可以想见文化革命瘫痪了十年，再恢复是什么状况。”

没有节假日、没有白天黑夜、没有寒假暑假，这似乎显得毫不惊奇。还只是研究生的周银贵在调试直线加速器时，在现场一边试，一边改，连续三天三夜没有合眼。“当初也完全没有照顾小孩，学习上，生活上，全放了，想起来真是非常遗憾的事。”何多慧说。

1991 年 12 月，加速器和实验线站通过了由王淦昌任主任的鉴定委员会的鉴定，一期工程顺利完工。

“建了不用是没有道理的”

1994 年 2 月，由物理学家钱林照、唐孝威发起，王淦昌、谢希德、谢家麟、冯端等 34 个院士联合提出《关于集中力量全面建设，充分利用合肥国家同步辐射光源的建议》。“这 34 位院士，是我和一位同事一起跑的，他们非常热情，不仅痛快地签了字，而且还说迟了，本来就应该早点上。”胡胜生告诉我。

可以预料的是，一期工程尽管节衣缩食建设了五个线站，对于整个同步辐射装置来说，距离充分利用仍然相差甚远。“这就像冰箱里面放个鸡蛋，大马拉了个小车，五个线站还是太少，必须增加线站。”刘祖平说，空旷的场地竟然都可以打羽毛球了。“这在全世界是没有的。一个国家可以不建，但建了不用是没有道理的。”他说。

由于一期工程经费紧张，尽管勉强建了五个线站，但本身却没做到高水准的要求，其中 2 条光束线还有严重的毛病。受限于当时的中国工业水平，许多器件的质量也得不到保证。在刚刚建好的两年里，设备还可以稳定运行，但随着时间的推移，故障频发，运行状况也每况愈下。

上世纪八九十年代，科技革新的速度明显加快。随着技术的升级，原有的元件已被淘汰，而此时实验室库存元件却已所剩无几，是时候建设二期工程了。在总工程师刘祖平看来，二期工程最紧迫的不是装置的指标提高多少，首要的问题是要保证装置的可靠、稳定运行，提高利用率。

“几个毛病必须要解决了，”刘祖平介绍说，“高频系统运行中的大反射的情况表明原来的高频腔必须换。控制系统太落后，计算机需要改换，互相的数据传输要软盘，肯定要改。只有一流的设备，才能出一流的成果。”

二期工程最终拿到了 1.18 亿的资金，作为副总工程师的李为民和老师刘祖平的意见一致：“实际上，二期工程的启动是由大量的用户需求所驱动的。我们应该给国家一个交代，让更多的用户有机会用我们的光。显然，改造的牵引是线站。”

有限的钱只能选择有限目标进行改造。

“选择和光源运行稳定性有关的系统进行改造是关键的，所以我们当时所有的钱都投在了储存环。在注入器（直线加速器）及束流输运线上，二期工程花费非常小，也就几百万左右。”他说。

欣喜与遗憾

当被任命为二期工程总经理时，刘祖平承认“非常出乎意料”。但当了总经理的他却还要兼总工程师。“如果我是总经理，别人当总工程师，一旦出现分歧，下面的人就不知道怎么办，因为有些计划是只要总工程师签字就行的。我一直是这么坚持。”他说。

从预制研究开始即参与工程建设的他熟悉和了解这里的一切。

“我忽然就觉得是某种宿命似的，所有以前做的事都是为了要把这个工程做好，我有别人起不到的作用。”他说，“我是和他们一起摸爬滚打过来的，如果我说我们当初考虑不周，需要改进，没有人会反对。换了别人，底下的人不一定服气。我比别的任何人都合适。”

但围绕着该给加速器还是线站上投钱，却遭到了不少“非议”。

不少人担心机器上花的钱少，会导致整个装置运行出现问题；而如果线站做的不到位，至少是八分之一不起作用。

“我不按照这个逻辑。我们建了一个机器，是为国家做贡献，但是我们做的贡献要由实验表现出来，只有实验结果才是我们对国家的报答。”刘祖平说，“如果二期工程的钱花在加速器上的越多，我们欠国家的就越多。实验线站建的越好，用户每做一个实验，我们就还一笔债。”

工程的进展也不像想象中的顺利。他们在随后进行的高频腔和注入系统的加工和改造上遇到了麻烦。

“我受到压力最大的就是高频系统的改造。有的专家甚至讲，如果合肥的高频系统能正常运转，我的名字倒过来写。但我知道，我自己没错，他错了。”刘祖平坦言。

别的专家的悲观判断不无道理。

一期工程建完之后，不可理解的是高频系统一直工作在大反射的状态，这使得高频机非常容易坏。在所有的故障率中，高频机的部件损坏大概占到了三分之一，且高频机的故障往往不能很快修好，价格也十分昂贵。

经过仔细调研，确定高频腔要重做。实验室委托航天部 703 所进行制造。除了技术上的难关，陈水扁的上台也意想不到的大大拖延了时间。“当时，他们忙着做导弹，我们的腔体就被锁在库房，当时加工到一半，也不能再拿到别的地方加工，真是进退两难。”李为民说。

注入系统的整体改造同样不够顺利。南京电子管厂制造的异形陶瓷段，一焊接却会炸裂。实验室去找技术员，但他却坚持原来的方法。无奈之下，找了其他的厂，问题才得到解决。

“在制造波荡器时，我想尽量在国内，让国内厂家的技术能力得到提高。同时也能节约成本。虽然最后造成了拖延，但我并不后悔。”刘祖平坦言。

在进行一期二期项目论证时，实验室曾经提出，要用大科学工程带动我国产业界技术水平和工艺水平的提高，但结果往往得不偿失。“原因在于厂家对单件生产毫无兴趣，而国外的公司有全世界的订单，已经成功产业化。”李为民告诉我。

“希望国内企业在原始积累之后，能够往研发的方向发展。这样购买国内产品，从生产流程、调试等环节都可以掌控；与维修人员等技术人员的沟通也比较方便。”他说。

最终，合肥同步辐射光源的二期工程于 2004 年 12 月验收，2005 年年初正式开放实验室。从 2005 年到今，所有运行任务圆满进行，故障率远低于预期，供光时间和供光质量远高于预期。

四年之后，2009 年 4 月 29 日，上海光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，简称 SSRF）竣工，5 月 6 日正式对用户开放，成为中国大陆第一台中能第三代同步辐射光源，截止到 2022 年 6 月，目前共有 27 条光束线 39 个实验站开放运行。^[4]

2010-2014 年，为了向用户提供更好的实验条件，在中国科学院和中国科学技术大学的共同支持下，合肥光源进行重大升级改造。重大升级改造完成后，储存环束流发散度显著降低，光源稳定性明显改善，接近三代同步辐射光源水平。

目前，同步辐射光源正经历由第三代向第四代的跨越。尽管中国已经拥有三代同步辐射光源，但它们均处于低、中能量区，从亮度能谱的分布来说，还缺乏高亮度的高能光源。如今，第四代高能同步辐射光源建设正在北京怀柔科学城进行，预计将在 2025 年底建成并投入使用，其亮度要高出 100-1000 倍，探测的精度越高，探测速度也更快。

但也许后人不该忘记，他们的前辈所经历的，所面对的困难。他们一样极其渴望自身价值的实现，为国人在世界科学上争取一席之地。幸运的是，他们热烈的青春没有错付了。

注释以及参考资料

• [1] 中国科大自 1969 年 12 月开始迁入安徽，至 1970 年 10 月基本完成搬迁。总计组织货运装车 70 余次，运货量 865 吨，装运仪器、器材、图书、档案等 35000 箱；迁出家属 470 多户，组织职工、学生、家属客运 20 多批，约 6000 人次，用火车皮 510 多节，搬迁费达 77 万元。学校迁入合肥时，仪器设备损失 2/3，教师流失 1/2 以上。教学、生活用房严重不足，校舍面积不到 6 万平方米。1972 年，全校讲师以上职称的教师不足百人。据 http://lswhw.ustc.edu.cn/index.php/ index / info / 43

• [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 (2)：180-192．

• [3] 柳怀祖.北京正负电子对撞机工程建设亲历记 —— 柳怀祖的回忆 [M]. 湖南教育出版社，2016: 183-185.

• [4] http://ssrf.sari.ac.cn/ngyssrf/nshgyjs/

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