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科技之光洞照纤毫——记上海光源束流测量控制部主任冷用斌
日期:2015年06月07日      经济日报

  戴着一副厚如瓶底的近视眼镜,笑起来右颊会出现一只深深酒窝,冷用斌的形象书生气十足,还带了几分腼腆。作为上海光源束流测量控制部主任,10多年始终如一地钻研,使他成为这支“武艺高强”的科研团队中的佼佼者。他们所建造的大科学装置“上海光源”,是鼎鼎有名的科研“神器”,也成为我国科技工作者洞照纤毫的利眼。
  “耳聪目明”助力科研
  很多人都拍过X光照片,可是你能想象得到X光摄像可以清晰拍摄出一只小蝗虫的内脏因呼吸而起伏的种种细节吗?上海光源可以做到。
  “普通X光机分辨率不好,上海光源强度非常高,可以在很短暂时间内拍出很清晰的照片,无需长时间曝光,所以,可以直接对蝗虫这类小动物进行活体观测。”冷用斌说,上海光源相当于一个巨型X光机和超级显微镜,可以同时引出很多端口,供数十个用户同时使用。
  接受采访时,冷用斌一直强调,上海光源是大团队协作的产物。“我们整个大团队分成两部分,加速器团队负责建加速器、提供高品质电子束流、产生光,实验线站团队负责把光尽可能没损失地送到研究终端。”冷用斌属于加速器团队,加速器团队又分很多研究组,负责真空、机械、磁铁、微波、电源等系统。“我所在的部门叫束流测量和控制,我主要做束流测量系统,它在加速器里的作用相当于人的五官。我们的任务是,尽可能让加速器耳聪目明。”
  采用同步辐射光源的上海光源,已成为支撑我国众多学科前沿基础研究与高新技术研发不可或缺的实验手段。清华大学颜宁教授研究组,用它在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构,该成果让人类有望“饿死癌细胞”,被国际学术界誉为“具有里程碑意义”的重大科学成就;
  中科院物理所赵忠贤研究组用它发现了新型铁基超导体在高压下重新出现超导的新现象……
  对中国科学家来说,自主研制设备超过70%的上海光源是一个科研“神器”,因为它是目前世界上最好的同步辐射光源之一,这让以前需要出国才能做的实验,在国内就可以顺利完成。
  让上海光源“耳聪目明”是提升光源性能的关键环节。在这个关键环节里成长起来的冷用斌是幸福的。1999年博士毕业,冷用斌到中科院上海原子核研究所做博士后,就是参加的上海光源预研;2001年博士后出站,上海光源还没立项,冷用斌见缝插针学习国外经验,进入美国布鲁克海文国家实验室(BNL)继续做博士后研究,并参与美国散裂中子源工程的研制。2004年,3年项目做完,冷用斌有了宝贵的大型光源工程研究经验,上海光源也立项了,一直跟国内团队保持联系的他毫不犹豫地回国,从头参与上海光源的启动建设工作。
  “我运气蛮好,一直都踩到点上,没有浪费时间。”回忆起上海光源的建设历程,冷用斌不以为苦,反而充满幸福感。“光源建设过程中压力很大,因为不知道能不能做出来。从动工到出光仅用3年,与世界其他同类光源比,我们的速度是世界第一。”
  创纪录的上海光源被英国《自然》杂志专门撰文报道,认为它的建成“标志着中国加入了世界级的同步辐射俱乐部”。
  年年升级成就第一梯队
  “做出来后,就有信心了。”冷用斌说,“我们第一阶段是学习国外的实验方法,第二阶段是用一些他们没做过的实验方法,给上海光源升级。”
  上海光源验收合格后,各项指标优异,我国同步辐射光源步入世界第一梯队。然而,光源的建设者们却没有停住前进的脚步,他们秉承着不进则退的危机感,不断创新升级。
  “我们要不断升级,才能保持在世界第一梯队。”在年复一年的升级中,冷用斌率领束流测量研究组,做出了两项重要创新,让上海光源更加“耳聪目明”。
  第一项是全信息束流诊断技术,这是国际上从未出现过的新概念。上海光源中有100多个用于测量电子束流信息的探头,传统束流诊断方法中,各类探头独立测量,而全信息束流诊断则将它们看做一个整体进行拟合,大幅度提高了信息的精准度和可靠性。如果将传统诊断技术比作在固定地点拍摄高清晰度静态照片,全信息诊断技术就相当于多机位同步拍摄,并合成包含所有信息的立体照片。
  “把电子束流看做一个人,就要给他做体检,但他速度非常快,以光速在跑,每秒钟在上海光源的储存环里跑100万圈,而且他一边跑一边还会变。我们要在每个点上看到他的身高、体重、衣物,传统方法是在跑道的点上加一个探头,只量一项,A点量身高,B点量体重;全信息技术则是把所有测量点联系起来进行分析,可以从A点身高推测出B点体重。”冷用斌说,从事纯加速器物理研究的人做过类似工作,但束流测量用这种办法则是世界首创。曾有过加速器物理学科背景的他,经过几年努力,克服种种困难,终于把这种新技术成功应用于电子束流测量。
  另一项是逐束团束流诊断技术,这是一项与国际同步的新研究。
  在上海光源的加速器里,跑动的不是一个个电子,而是一团团电子,“电子束流”便因此得名。“逐束团相当于跑的不是一个人,是一群人。常规光源拍摄速度是微秒量级,相当于用慢速相机,看到的是光带。我们要研制高速摄像机,要分辨每一个束团的行为,就要提高到纳秒量级。”此项技术可精确定量研究束流运行过程中的瞬态行为,便于全面了解加速器及电子束流的特性,进而不断优化其性能。在相关硬件不如人的条件下,冷用斌团队通过优化算法、优化实验方法,弥补了硬件的不足,让这一技术达到国际领先水平。
  对未知世界保持好奇
  讲述4个科技宅男故事的美剧《生活大爆炸》,是很多人的大爱。谢尔顿是剧中的理论物理学家,莱纳德则是实验物理学家。冷用斌也是这个电视剧的粉丝,谈起自己的成长经历,他不无遗憾地说,“我本来想当谢尔顿,结果却成了被他鄙视的莱纳德。”
  对于1972年出生于昆明的冷用斌来说,无论是小时候对理论物理科学家的向往,还是长大后在实验物理领域的钻研,其实都出于同一个原因——对未知世界的好奇。
  “科大物理系分专业是在大三,那时我发现现代物理已经是大工程,成百上千的人协作才能往前推动一步,于是就选了偏工科的核电子学专业,后来又继续读博。”冷用斌说,在读博期间,他曾经考虑毕业后去公司工作,并与华为签过协议。“但到毕业前3个月,我觉得我对这个世界的好奇心还没有泯灭,还是希望参与了解这个世界到底是什么样子。”反复考虑后,冷用斌决定将科研作为终身职业。
  参加上海光源团队,让冷用斌真正意识到大团队的作用。“亲眼看到一个大科学装置成功后,带动各专业的研究进步,这让我感到很有乐趣。”冷用斌说,要想在科研的道路上走得更远,最重要的是“对未知世界保持好奇心”,“觉得好玩,才会持续不断地做到最好。”
  冷用斌的团队里有很多学生,进出很频繁。他会注意挑选其中对科研有浓厚兴趣的学生,为他们做长期规划。“看你是把这个是当事业还是职业。当职业无所谓,合格就行。当事业就要做到最好。我很高兴我的团队成员基本上都选择做事业,他们思维很活跃,工作很投入。”
  参与锻造中国科研神兵利器的冷用斌,也看好中国的科研发展前景。在美国工作时,冷用斌曾和实验室里3位来自中国的同事合影。当时合影的4个人谈到是否回国,都认为国内的舞台更大,可发挥空间更多。冷用斌是4个人中第一个回国的,后来又有2人陆续回来,“剩下那个还留在国外的朋友,现在也同我们保持联系,表示有机会就要回来。”
  冷用斌认为,现在正是科技工作者大展身手的好时机,“科研上,我们要从跟跑到领跑,我相信,中国在未来有做领跑的潜力。”