文汇报:百万分之一秒“看清”电子束运行——记上海光源加速器束流监测系统负责人冷用斌

  冷用斌(右)与同事在上海光源的设备走廊内查看轨道连锁控制器的工作状况。 本报记者 谢震霖摄 

(记者 许琦敏)在浦东张江,坐落着首个落户上海的国家大科学装置上海光源。这个形如巨大鹦鹉螺的第三代同步辐射装置体内,回旋着一道道高能电子束流,释放出比普通X光强上亿倍的同步辐射光。这光,帮助科学家照亮未知的微观世界,协助他们冲击世界科研的前沿。

稳定而高品质的同步辐射光是科学家的期盼,更是上海光源的生命所系。它需要一双内省眼睛,不间断监测光的质量,又要以不断提高的标准打量它,使其出光品质不断提高。

冷用斌,自2004年从美国布鲁海文实验室回国,就致力于为上海光源打造这双眼睛。十多年间,他带领团队,在这个领域,从跟踪者、学习者,逐渐走到了同行的前列。与二三十年前回国的科学家相比,我没有所谓放弃国外工作机会的惋惜,反而为能抓住上海光源建设这样的事业机会而感到幸运。他说,赶上了中国科技大发展的历史机遇,是他一生之幸。

在万米高空看清地面上运动员投篮

在上海光源周长432米的储存环中,高能电子束流以每秒百万圈的速度飞驰。而冷用斌要做的,就是精确测到它每一圈的足迹,以及相关参数——这意味着,他必须在百万分之一秒内,看清直径只有几十微米的电子束流的运行状态。这个精度,相当于在万米高空飞行的超音速飞机上,要看清地面上运动员的投篮动作,而且还要报告出有没有投中,如果没投中,偏差有多少。冷用斌说,这是建设上海光源要达到的最基本要求。

除了储存环,高能电子束流从上海光源的直线加速器出发的那刻起,就在束流监测系统的严密监视下。整个光源上,束测系统共包含22个子系统、13258组探头,输入输出控制器212个,实时提供2万多个数据,所有诊断数据均可通过控制网实时获得。

他将这套系统,比喻成光源的一双内省的眼睛,没有它,光源如同盲人,无法得知在真空管道中运行的电子束流的情况,更无从维持其品质,确保科学家实验的准确性。 

然而,工程留给这套系统的空间,却十分有限。因为,工程首先要满足波荡器、真空管等主要设备的空间。最难安装的地方,刚够我们伸进两个手指,摸到螺帽。他说,眼睛看不到,完全靠手指的感觉,严丝合缝地将每个螺帽都拧到位。当时工程时间节点紧张,留给冷用斌团队的安装时间只有一个多星期。 

走向前沿,看清束流中电子团

结束美国布鲁海文实验室的工作,冷用斌来到上海光源,承担起束测系统的研制任务。

早在博士阶段,冷用斌就开始接触这个领域,他跟着导师参与合肥光源项目。后来在布鲁海文实验室,他又在散裂中子源项目中承担任务。尽管参与了两个大项目,但在他心中却有着更大的理想:美国的项目虽然水平高,但他与项目却只是雇佣关系,无法从纵览全局的角度,去观察整个项目,与它共同成长。

就在此时,上海光源的英雄帖令他深深心动:回国,自己的梦想实现的机会就在眼前。与二三十年前归国的前辈相比,在冷用斌身上,无需放弃优越条件爱国之情等标签,我的回国,没有任何牺牲、抛弃的成分,而是一种个人成长与国家发展脉搏同步跳动的幸运契合。在采访中,他不断重复着幸运这个词,甚至眼中泛起激动的泪花。

也因为此,在外人看来枯燥艰涩的束流监测技术成了冷用斌生命的一部分,不仅仅是一份工作和职业,更是融入了人生激情的事业。当一项工作成为事业,从事的人自然具有了无穷动力,去追求完美与卓越,从不断超越中寻求成功的高峰体验。

光源建成后,冷用斌开始了新的探索:原来的技术只能监测到束流的部分数据,能给飞驰的电子流来一份全息立体档案吗?仔细分析,其实这一束束高能电子流,可以分解成一个个电子团,只是因为以前分辨率不够高,将它们看成一束溪流,能监测到每个电子束团吗?这将要把获取数据速度再提高1000……

后一个设想,已使他与这个领域的世界顶级团队站在了同一高度,并肩赛跑。

脚踏实地不求柳暗花明

上海光源虽然已经建成,但其技术水准还将不断提高。随着后续线站的建设,对光源提供的束流也会提出更多更高的要求。

作为一个科学装置,上海光源的整体水准适用于木桶理论’——短板决定容量。上海光源国家科学中心(筹)主任赵振堂说,整个光源建设和运行,像束测这样的技术团队有20多个,领导这些团队的大多是冷用斌这样的专业技术专家,他们和冷用斌一样将人生追求与光源融合在了一起。

回顾在光源的十几年,冷用斌竟然觉得,自己并没碰到过什么技术困难,只是寻找目标,然后一步一个脚印地去实现。真的没有柳暗花明那样的惊喜,没有走投无路的焦急,我和我的团队只是一步步朝着可以看到的、更前方的目标前行。他说。

百万分之一秒难度很高?这是2004年的目标。现在,冷用斌团队的目标已经变成十亿万分之一秒了!在上海光源旁,正在兴建的另一个大科学装置自由电子激光,对束流的监测要求就是这个速度——完成这个目标,他的团队将真正走到世界前沿。他的人生将迎来又一个高峰。(原载于2015年6月7日《文汇报》01版)