更多“与电子回旋加速器相比，直线加速器能量更高，束流更大，焦点更小。”相关的问题

带电粒子加速器自1930年前后问世以来，主要是朝更高能量的方向发展。在这个过程中，任何一种加速器都经历了发生、发展和加速能力或经济效益受到限制的三个阶段。在第三个阶段中，总会出现新技术或新原理突破困难，从而建造出新类型的加速器，使能最进一步提高，或使建造更高能量加速器在经济上成为可行。例如，在质子加速器方面：直流加速器受击穿电压限制因而出现了回旋加速器；回旋加速器有性质量增加的限制，因而出现了同步回旋加速器；后者又因受到体积庞大的限制，而又出现了同步加速器；在同步加速器中，弱聚焦因磁铁截面过大而让位于强聚焦;常规磁铁因耗电过多而将让位于超导。在电子加速器方面：因磁铁庞大和加速能力不高而让位于电子同步加速器；同步加速器因辐射损失而让位于。从另一个角度看，上述所有打静止靶的加速器又都存在有效碰撞能量随加速器能量增长缓慢的问题，而对撞机则大大提高了有效碰撞能量。从图1中，可以清楚地看出加速器和对撞机能量随年代提高的历史进程。

可以断言，任何已知的加速方法，都不能使加速器向更高能量无限地推进，而新技术、新原理才是加速器向更高能区、更强束流、更好性能和更低造价等方面推进的动力。

70年代发展起来的新技术主要有如下几方面：超导磁体、永磁聚焦、超导加速腔、稳定加速结构、高频四极矩、电子冷却、随机冷却、线型对撞机、加速极化束等。

1961年发现了能用于高场强的第二类超导合金材料，从而为发展现代超导磁体奠定了基础。现在绕制超导磁体，都是使用多丝复合体，按照需要的磁场空间分布安插其位置，制成磁体的绕组，1971年开始应用这种工艺，1972年又开始使用铁轭，以屏蔽散磁，并提高场强。

在加速器领域中，超导磁体可分为直流磁体和脉冲磁体。前者已经用于回旋加速器和高能加速器的束流输运线上，比较成熟；后者在70年代主要是处于研制阶段，80年代则可说是投入建器使用阶段。

超导磁体除了可以提供超过常规磁体几倍的场强外，在节约能源上也有重大的意义。大型超导磁铁的用电量仅为等效常规磁铁的1/10。它的初始投资虽然较高，约为等效常规磁铁的 3.5倍。但超过常规磁铁的那部分投资，大约在设备运转三四年后就可以收回。超导磁体的研究方向是高工作温度和更高场强。(见)。

加速器工作者很早就设想用永久磁铁代替对粒子进行偏转和聚焦，以简化设备，节约能源。在质子直线加速器的漂移管中，四极电磁铁的功率耗损常构成对磁场梯度的限制，使用永磁聚焦优点明显。1955年J.布鲁韦特等人曾用空心圆柱形磁性材料研制四极聚焦永久磁铁。因受材料性能的限制，当时得到的磁场梯度，还不能达到实用要求。1966年发现稀土－钴(REC)磁性材料在一定的结晶方向(易轴)可以极强地磁化，剩磁场可接近1T，这就又进一步引起对永磁聚焦研究的兴趣。70年代末期它已在美国洛斯阿拉莫斯国家研究所和新英格兰公司 (NEN)的直线加速器中得到应用。另外还考虑将它使用到束流输运系统中。

图2给出一个由16块5种易轴方向的REC组成的四极永磁的结构示意图。这类REC四极矩在极面场强为1T时，外径只是7cm左右。这种结构用于质子直线加速器的漂移管中，漂移管外径可比使用常规电磁铁时缩小一半以上，从而提高了腔体的并联阻抗，降低了对漂移管长度的要求，永久磁铁既不耗电，又无冷却问题，而对小孔径四极矩而言，还可以提供高于任何其他方法产生的磁场梯度。永磁聚焦的主要缺点是费用很大。

使用超导体制造高频加速腔，可以极大程度（5～6个数量级）地减少建立一定电场所需的高频功率。这样不但降低了设备的运行费用，还可以使原来由于高频功耗过大而必须以脉冲形式工作的加速器能够连续工作。

根据超导理论，超导高频腔的交流耗损应随温度而呈指数下降。实验结果在1.5K以上与理论相符，但在1.5K以下，则存在一常值的剩余电阻，如图3所示，这个现象尚无确切的理论解释。表面状态可能是产生剩余电阻的重要因素，因而又称之为表面电阻。

剩余电阻的存在说明在深度低温下超导腔的品质因数Q将趋于一个定值（一般在10¹⁰～10¹¹）。根据电磁场理论，对加速腔所用的TM模式而言，腔内表面的峰值电场E（以MV/m为单位）和峰值磁场 H（以T为单位）的表示式为

式中f是工作效率，以GHz为单位;P是高频激励功率，以MW为单位。由式可见，只需很小的功率即可在腔内建立很强的电磁场。不过，在实际情况下，当电场或磁场增加到一定程度，就会引起磁破坏或电破坏，破坏了腔的超导态，限制电磁场的进一步提高。

用高频场加速带电粒子的最简单的结构是单个的驻波谐振腔，但需要很大的能量增益时，就要使用由多个加速腔组成的腔列。这种结构已用于直线加速器和某些同步加速器、对撞机中。腔列有行波和驻波两种工作方式：后者在π模（两相邻腔相位差为π）工作时将高频功率转化为加速电场的能力最大（即有效并联阻抗最高）。不过，由于π模附近模式间隔很小，群速很低，因此使用π模时有对尺寸公差要求很高和对束流负载敏感的缺点，故称为不稳定的模式。π/2模的模式间隔和群速都大，可以克服 π模的上述缺点，是稳定的模式。但是在由同一种加速腔组成的腔列中，π/2模每隔一腔才有加速场存在，故加速效率较低。为了既保持π模的高加速效率，又兼有π/2模的，70年代研究成功并普遍采用了双周期稳定加速结构。它破坏了单周期腔列的几何周期性，而保持了电的周期性。这种驻波双周期加速结构，在质子直线加速器上表现为杆耦合和边耦合腔；在电子直线加速器上表现为边耦合和环耦合腔；在超导电子直线加速器上表现为双周期盘荷波导。一种双周期结构的变种已做到40MV/m的梯度，这是当前梯度最高的加速结构。

粒子运动速度与光速之比 β＜0.04时，质子直线加速器常用的阿耳瓦雷茨结构受到了聚焦透镜梯度、束流孔径、渡越时间因子等的限制。为突破这些限制，以便加速并聚焦注入能量很低的粒子，研究成功了高频四极矩(RFQ)。

为了产生高频四极矩电场，可在四条沿一圆周放置并相隔90°的导体上，依次激发正负极性，使得在垂直导体的平面内出现四极矩场。如果在纵向对导体的几何形状作适当的周期性调制（改变尺寸），系统中就会出现纵向电场，也就有可能同时对粒子加速和聚焦。图4给出一种RFQ的结构示意图。

RFQ不是利用磁场聚焦，故对低能粒子聚焦十分有效，束流焦点很小，纵向群聚性能也十分优越，可俘获注入粒子总数的90％。它的加速效率不比其他结构逊色，而制造工艺则较为简单。

“冷却”是指对储存环中的某些重离子回旋束流（如质子、反质子等，以下简称质子）的热骚动(横向的自由振荡和纵向的动量分散)加以阻尼。电子冷却是利用能散很小的与质子束平行运动的电子束，通过作用“冷却”质子束。这相当于两种起始温度不同的全电离等离子体的热弛豫过程。当电子平均速度与质子平均速度近似相等时（如质子热运动温度较高，电子热运动温度较低），质子会把热运动能量逐步转移给电子，达到能量均分，使两者温度相等。由理论分析可知，为了快速冷却，应该在质子能量较小的情况下进行电子冷却。

具体装置是在储存环的一段内，使质子束与电子束（由电子枪产生经螺旋管节磁场偏转而出作用区）相混，共同运动一段距离。电子枪的电压应调节到使电子与质子的运动速度相等。图5给出了电子冷却装置的示意图。

当质子或反质子束沿储存环闭合轨道附近运动时，在任一时刻切开束流，截面上都有一横向密度分布。如果使用感应电极提取横向分布位置的信号，并将此信号放大，而后加在位于下游的冲击电极上，产生校正作用力，使大多数粒子（即密度分布）的“质心”向闭轨移动，经过多次校正，即可将粒子横向振荡振幅减小。同样，如果使用感应电极提取纵向密度分布的信号，将信号放大后加在一个谐振腔的间隙上，产生加速或减速作用来代替横向校正力，经过反复作用，也可使粒子束的能散度得到改善。随机冷却装置的具体安排，如图6所示。

从理论分析得知，为了得到快速冷却，在保证电子学系统性能的限制下，对被冷却粒子数目不是很大的情况，随机冷却是更为适用的。实验证明，随机冷却可在三维同时生效，束流截面和动量分散都可得到改进。

由于冷却技术的出现，已经可以获取高密度的反质子束。这样，质子－反质子对撞机的亮度就能达到可用的程度。目前，欧洲核子中心和美国费密国家加速器实验室都正在大力推进这种对撞机的建造。冷却的方案很可能同时采用电子冷却和随机冷却，以便互相补充，相得益彰。

环型对撞机的造价随能量上升很快增加，因此有人提出了使用直线加速器产生的束流直接对撞的线型对撞机的概念。

高能的线型对撞机每单位能量的造价比较低，图7示意地给出环型与线型对撞机的造价与能量的关系。图中曲线表示环型对撞机的造价随能量二次方增长，而线型对撞机的造价随能量线性增长，因此，两曲线将在某一能量交叉。在此能量之上，线型对撞机将较为经济。这启示了向更高碰撞能量发展的途径。

在环型对撞机中，粒子束彼此多次重复碰撞；而在线型对撞机中，粒子束只能对撞一次。这样，关键的问题是后者能够有多大的亮度。分析结果表明，线型对撞机的亮度可以做到与环型对撞机的相近。

极化粒子的自旋方向如与所处的磁场的方向不同，则当自旋进动频率与磁场扰动力的频率有谐波关系时，就会产生共振，导致去极化，称为去极化共振。加速极化束的主要问题，就是在加速过程中如何通过去极化共振而保持束流原来的极化状态。

加速器磁场对自旋作用有两种方式。一种是在假定为理想的加速器磁场中的固有共振。在强聚焦加速器中四极矩对作垂直自由振荡的粒子产生水平的去极化磁场，粒子受到的水平场频率为kp±v，k为整数（0，±1，±2，…)，p为加速器超周期数，v为垂直自由振荡频率与粒子回旋频率之比。此外，自旋进动频率为γG，γ为粒子总能量与静止能量之比，G对质子言是1.793。当上面两个频率相等时，即得固有共振的条件是

另一种是由于实际加速器不是理想的，而产生的频率为n（整数）的水平不完善磁场，n与自旋进动频率相等时，γG＝n产生不完善共振，相对而言，这种共振是比较次要的。

在固定的聚焦结构和束流发射度下，以上两种共振，都可用一个激发强度参数ε表征，设通过共振的前、后束流极化率分别为P₀和P，并以α表示与通过共振的速率有关的参数，则由理论分析可得

由此可见，|ε|²/α愈小愈为有利。ε与闭轨畸变有关，因此，加速极化束对闭轨有较高的要求。另外，α的存在说明通过共振的速度愈大愈好。这就是使用γ跳跃技术的道理。

迄今为止，自然界的四种作用力（强作用、电磁作用、弱作用和引力作用）中，只有电磁作用可用于加速粒子。因此，新的加速原理都着眼于更强的电磁场的获得和应用。表中给出各种电磁场的强度的量级，这对探讨新的加速途径是有参考意义的。

上表说明：点阵场最强，但它是静止的，不适于供加速粒子之用，最近正在研究用它来偏转高能粒子。高频加速场是当前高能加速器中使用的场。集团场和激光场的场强都较高频场大得多，因此，新加速原理的探讨集中在集团加速和激光加速这两个方面。

一般加速器中的带电粒子都是在

陈佳洱，1934年生于上海，北京大学物理学院技术物理系教授。1954年毕业于吉林大学物理系，1955年来到北京大学技术物理系任教，1993年当选为中国科学院院士，2001年当选为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主任。长期致力于粒子加速器的研究与教学。

北大一批老同志的回忆文章，从不同的侧面，勾画出北京大学的发展历程，记述了许多鲜为人知的故事，是了解北大历史，乃至中国高等教育史的珍贵史料。本文为前北京大学校长、核物理学家陈佳洱的自述。

1964年10月16日，英国正在进行大选，突然所有电视屏幕上大选的画面都没了，打出两行字：“中国今天成功爆炸了原子弹。”

在英国留学的陈佳洱，亲眼看到英国人对一穷二白的新中国能这么快地掌握原子弹的核心技术的难以置信。

（本文转自北京大学新闻网）

我最开始在大连大学工学院读书，1952年院系调整，从大连大学转到了东北人民大学（现吉林大学）物理系。给我上原子物理课的老师，是著名科学家、“两弹元勋” 朱光亚先生。

朱光亚先生是西南联大的学生，曾在美国密歇根大学留学，新中国成立后，他毅然回国。那时候，抗美援朝正在进行，经过志愿军战士的浴血奋战，美国人不得不与我国进行停战谈判。但在停战谈判中，美国仍不时对我们挥舞 “核大棒”，进行 “核讹诈”，拿核武器威胁我们。因为朱光亚先生是学原子核物理的，所以组织上派他去朝鲜板门店参与谈判，任停战谈判志愿军代表团外文秘书。由于他表现优秀，还因此获得了一枚军功章。

朱光亚先生讲课讲得非常好，他对上课非常用心，讲一节课，备课可能要备一周。他不是简单地讲一下原理，而是详细介绍原理背后的故事，比如黑体辐射，为什么当时的理论跟实验事实不符？当时有几种假设？物理大师最后是怎么解决的？他像讲故事那样讲给我们听，所以我们都非常喜欢听他的课。加上他在朝鲜战场上立过功、得过军功章，在我们眼里他是英雄。

后来写毕业论文时，我就选了朱光亚先生做导师。他给我出了一个题目：探测β射线的核子计数管。他对我要求非常严格，我每周都要把阅读文献的笔记交给他来批阅。理解得不深或错误的地方，他都要画出来，帮我纠正。在他的教导下，我成功做出了我们国家第一个测量β射线的核子计数管。

1955年1月15日，毛主席主持召开中共中央书记处扩大会议，讨论决定在我国建立并发展原子能工业。发展原子能事业需要人才，所以周总理专门批示教育部在北京大学建立原子能人才培养基地。为此，教育部让北京大学依托中国科学院近代物理研究所建立了一个物理研究室，并从各地抽调一批著名核物理学家来参与筹建工作，其中就有朱光亚先生。朱先生到了物理研究室以后，第一个想到的就是我，他指导过我的毕业论文，知道我很努力，所以就把我也调到物理研究室工作。

1955年5月底，我来到了物理研究室当助教。那时候，我得知要来北大，非常高兴，因为我一直对北大很向往，但是这个物理研究室虽然行政上属于北大，办公地址却不在北大，而是在中国科学院的近代物理研究所内。那时候研究室刚刚创建，什么也没有，就在近代物理研究所所长钱三强先生的办公室306房间办公，在研究所内的代号是物理六组。

物理研究室最开始只有六个人，我是其中最年轻、资历最浅的。我去报到的时候，只有21岁，当时值班的是虞福春先生，他看我像个小孩，说：“哪里来的小孩？我们要开会，快走吧。”我说：“虞先生，我是来报到的。” 拿出教育部的证书，虞福春先生才惊讶地说：“原来你是光亚的学生，欢迎欢迎！”

我入职后第一项任务是招生。培养优秀人才，首先当然要招好学生。1955年夏，我奔赴各地招生，去了武汉大学、复旦大学等学校。到了有关学校，我直接拿出周总理给教育部的批示给他们看。那时全国一盘棋，他们一看也十分重视，把最好的学生拿出来让我挑。我挑了之后还不放心，又专门找他们的团总支书记把关，看这些同学是不是思想品质、学习成绩都是最好的。我们预计的目标是招100名学生，结果挑来挑去只有99名。

有了学生，还缺上课、做实验的场所。当时钱三强先生是中国科学院的副院长，他就把中科院化学所的二层整层调整出来给我们做教室和实验室。

一切就绪后，就开始上课了。胡济民先生讲核理论，虞福春先生讲原子核实验方法，卢鹤绂先生讲加速器和反应堆，朱光亚先生讲核能谱。几位教授负责讲课，我则负责带刚毕业的几位助教把核物理实验排出来。可是这些实验我也没做过，不知道该怎么排。后来虞福春先生找来一本英文的《实验原子核物理》，我就参考这本书选了八个实验，跟朱老师商量，确定下来后开始排实验。

排实验的过程中，我与同事们发现，几乎每个实验都需要计数管。为此我专门成立了一个计数管车间，研制α计数管、β计数管和γ计数管。γ计数管最好做，带有薄膜的β计数管是我做的毕业论文，也没有问题。最难的就是α计数管，因为α射线射程很短，要非常薄的薄膜才能穿透。可是这样薄的膜一抽真空，就被大气压压碎了。我好不容易想了个办法，就是在β计数管的薄膜上，开一个小洞，把更薄的云母膜粘在上面，让α射线通过这个小洞进去，这样总算把国内第一个α计数管做出来了。

每天我要管计数管车间，又要排实验，工作量很大。为此，我把一张床搬到实验室，每天干到半夜三四点钟，实在困了，就到床上眯一会，醒了起来接着工作。做实验中，朱光亚先生对我的指导最多。记得有一次我设计了一个电路用以检测我做的计数管的 “死时间” 特性，用示波器把这个时间显示出来。我正在观看示波器上的波形时，忽然听到后面有人讲：“这个波形很漂亮嘛！” 回头一看是朱老师在我后面。他的一句夸赞让我备受鼓舞，感觉浑身所有的疲劳都化解了。就这样，我花了十个月的时间把八个实验排了出来。虞福春、朱光亚等先生看了以后觉得很满意，认为符合教学大纲要求。

培养核物理人才这件事需要保密，大家都不允许对自己的家人、朋友讲自己在干什么。因为我们的信箱是546信箱，所以我们对外都讲我们是在546信箱工作的。我的家里也一样，他们都不知道我在做什么，以为我到了北大，每天可以欣赏北大的湖光塔影。其实我那么忙，都在中科院化学所楼里，根本没时间到北大校园里看看。

当时学校对我们的工作非常重视。校党委书记江隆基专门来看望我们。他对我们说，人类对原子能的发现，在某种意义上讲，比发现火还重要。原子能的应用是划时代的伟大成就，他鼓励我们一定把核物理和核科学的教学、研究搞好。大家听了非常受鼓舞。

国家对我们也特别支持，除了教育部，国务院三办即后来的二机部，也对我们予以大力支持，所以我们不缺经费。只要有需要的设备，我们就去采购，北京市能够采购就在北京市采购，不能采购就到教育部请他们订货。后来，教育部在化学所旁边把技术物理楼建起来了，我们也有了自己的大楼。

尽管是从零做起，但是应该说我们的工作取得了不少成效，招来的第一批99个学生里，后来出了6位院士。北京大学物理研究室为国家培养了一大批核科学人才。

原子能事业的发展离不开反应堆、加速器等重大设施。要开展教学和研究，也离不开加速器。

为此，胡济民先生带队到莫斯科去考察加速器。苏联教育部建议我们引进比较便宜的电子感应加速器，于是我们就从苏联引进了25MeV（兆电子伏）电子感应加速器。设备运到北京后，组织上调我去当加速器教研室的主任，让我负责安装、调试这台电子感应加速器。后来清华大学也进口了一台。我们比较努力，比清华早两个月调试出来。但是当我们真的用它来做实验研究时，才发现这台加速器原来不是用来做核反应研究的，而是做探伤用的。它的能量达不到光核反应巨共振的峰值，不能满足我们研究的要求。于是，我和一些年轻的老师、学生一起钻研，对照这个加速器，照猫画虎地自主研制出一台能量达到30MeV的电子感应加速器，以满足我们科研的要求。

我们做出来以后，学校非常重视。我们的工作成了高校力争上游、追赶前沿的重要成果。1958年11月，团中央召开了全国第二次青年建设社会主义积极分子大会，来自全国各个战线的5000名青年代表出席这次大会，北大大概有四五个人参加，我也被选为积极分子参加了大会，并获得了奖章。

同时，教育部在当时的北京钢铁学院，专门找了几个房间把当时最前沿的一些科技成果包括我们的电子感应加速器进行展示，请领导来参观。那天正好我值班，刘少奇和王光美来参观了。王光美同志是学物理的，对物理装置比较感兴趣，她就问我这台加速器的原理是什么、怎么运作。我讲述以后，她再转述、解释给刘少奇听，刘少奇也听得津津有味。

电子感应加速器可以满足一定的需求，但是一些更重要的反应，这个加速器做不了。我们觉得中国已经进入原子能时代了，也要紧跟国际最前沿，我就提出要做更先进的等时性回旋加速器。它的最高能量理论上可以比当时的加速器高100倍。怀揣着这个梦想，我开始了新的征程。

留学英国，为新中国争气

20世纪60年代初，中科院的党组书记张劲夫同志跟英国皇家学会谈判，决定互派访问学者。中科院派两名学者，高校派两名学者，北大推荐了我。作为新中国成立以来第一批公派前往资本主义国家留学的学者，我既想虚心求教，认真学习发达国家的先进科技，又觉得我作为新中国自己培养的年轻科学家，要做出一番成绩，为中国争一口气。

经过一段时间的筹备，1963年年末，我们四人坐火车穿越广袤的西伯利亚到达莫斯科，再从莫斯科坐飞机到伦敦。那时候国家外汇很紧张，我们几个人身上都没有带英镑。结果飞机到了英国，因为雷雨无法降落伦敦，降到曼彻斯特去了。到曼彻斯特以后，航空公司再用长途汽车把大家送到伦敦。我们四个人因为没外汇，不敢吃饭，也没法打电话。直到次日凌晨1点，驻英代办处才把我们找到。

当时的驻英代办是熊向晖，他被誉为我党地下情报系统 “后三杰” 之一，曾在胡宗南身边潜伏近13年，传递过很多重要情报。我们四个人在驻英代办处休息了两天，然后我被送到牛津大学做访问学者。

学校里带我的是著名的物理学家德尼斯·威尔金森（Denys Wilkinson）。他对中国很友好，让我参加当时牛津大学的串列静电加速器安装调试工作。这是一台实验室用250万美元从美国买来的设备。但是这台加速器出来的束，经过分析器以后，衰减了很多，他们一直找不出原因。我白天跟他们一起工作，晚上自己进行数据和理论分析，经过推演，我发现谱仪里边装的挡板位置不对，所以接收度受到影响。但是我也不敢告诉他们，怕人家说你刚来就指手画脚。这时，刚好威尔金森找我谈话，问我对这个情况怎么看，我就坦白地告诉他我认为这里有问题。他听了之后很高兴，让我写份报告。这是我到英国写的第一份报告。

有趣的是，现在北大加速器楼大厅中的那台串列加速器，正是我在牛津调试的那台。1985年，我再去牛津访问时，见到了曾一起工作的海德教授。他指着当年我参与调试的加速器问我：“你想不想将这台加速器拿回中国去呀？如果你愿意，牛津可以将这台加速器送给北大，但是北大必须保证这台加速器能够继续运行。”我马上通过使馆请示学校，学校表示愿意接受。于是我代表北大与牛津签了一个协议，将这台加速器运回国内。回国后，经过我们的调试，这台加速器运行得比在牛津时还要好。我们在它的基础上建立了国内第一台面向用户的超高灵敏度加速器质谱计，为后来的 “夏商周断代工程” 作出了重要贡献。20世纪80年代末，牛津大学专门派人来考察，对这台加速器的运行情况表示很满意。

我写了到英国的第一份报告以后，系里来信说，之前我曾提出做我们自己的等时性回旋加速器，因此希望我能够在英国学习等时性回旋加速器相关原理。我和威尔金森教授谈了系里的想法，得到了他的大力支持。为此他与英国正在主持建造等时性回旋加速器的著名物理学家劳逊（J. D. Lawson）联系，让他把我从牛津大学接到了英国哈维尔原子能中心旁边的卢瑟福实验室做访问研究。当时他们做等时性回旋加速器遇到一个困难，离子束从离子源出来以后90%都没了，劳逊先生要我研究清楚这些离子跑哪里去了。

这个题目很难。但是，我觉得这实际上是英国人对新中国培养的年轻科学家的一个考验，我觉得我一定要给中国人争气，把这个任务完成好。为此我设计了一个微分探针装置，探测微观空间里离子的运动规律。经过了将近一年的研究，我最后确定，造成损失的最主要的机制是两个：一个是离子源的发散度与加速器中心区的接受度不匹配，引起束流损失；另一个是这种扇形加速器存在一种 “越隙共振”，导致离子轨道中心连续滑移而造成束流损失。所以我就 “以毒攻毒”，沿着它滑的方向放置一次谐波，让它往另外一个方向滑，把它抵消了，结果在中心区的束流强度比原来的要高3-5倍。

当时实验室有位科学家约翰·库普兰，他是加速器磁体组的组长。他对研制工作的要求非常严格，不管是谁，工作中有任何一点纰漏，都会受到他的严厉批评。那天正好他来了解我的工作进展情况。我向他介绍了我的发现和取得的成果后，他非常高兴并伸出大拇指对我说：“You are the king of harmonic acceleration（你是谐波加速之王）！” 那一刻我觉得，只要我们中国人不怕苦、不怕难，励志攻坚就一定能做出非凡的成绩。

尽管因为我研究做出了成绩，英国人对我很友好，但是我始终觉得他们往往是带着一种同情弱者的心态来对待我。有些好心的同事常常提一些让我哭笑不得的问题。例如，他们说：“你在这里工作做得很好，将来回国时，要不要把这里的磁铁和变压器带回中国，继续你的实验研究？”尽管我说这些东西中国已经能自己制造了，但是他们不相信。

直到一件事的发生，改变了这种情况。那时候英国正在大选，电视里全是大选的新闻。有一天，突然所有屏幕上大选的画面都没了，打出两行字：“中国今天成功爆炸了原子弹。” 我对此印象很深，那天是1964年10月16日。当时，身边的英国同事都不相信，纷纷向我求证。当时我也拿不准，所以连夜搭乘火车从牛津赶往伦敦，到驻英大使馆求证。当使馆党委书记告诉我中国真的成功爆炸了原子弹，我高兴得跳了起来！

第二天我回到实验室的时候，正好是午饭时间，我一进入饭厅，立即变成餐厅中的明星人物，所有的同事都向我围拢过来打听中国为什么能这么快造出原子弹。英国人对一穷二白的新中国能这么快地掌握原子弹的核心技术觉得难以置信！开始，英国同事以为我们是用苏联援助我们的 “一堆、一器” 上生产出来的钚做的原子弹。后来，哈维尔中心对从大气层漂浮过来的核爆炸尘埃进行分析，发现我们爆炸的是铀弹，这使他们大吃一惊！因为这表明中国已自力更生地建立起自己的核工业体系。

我感到从此以后英国同事对我更加尊重了。我走在路上，腰板更挺了，也第一次切身感受到，只有国家实力增强，才能使中国人得到国际友人发自内心的尊重！

在英国两年多的访学中，我逐渐学习掌握了等时性回旋加速器基本规律。1966年2月，我回到了祖国，将在英学习情况向国家科委基础局局长进行了汇报。他听了很高兴，马上给我拨款500万元，让我在中国制造当时最先进的等时性回旋加速器。我当然特别高兴，因为在当时500万元可是一笔巨款啊！正当我踌躇满志准备大干一场时，“文化大革命” 开始了，我一度被扣上了五顶帽子，被关押起来进行劳动改造。那时候，我甚至觉得这辈子再也搞不了加速器了，把英国带来的书籍资料都卖掉、扔掉了，只留了三个笔记本作为纪念。

后来，我们被送到陕西汉中，在秦岭脚下的山沟沟里进行劳动。尽管如此，一段时间之后，我又默默继续对加速器进行了探索。当时，上海原子核物理所想做新加速器，派了四个人来汉中，让我给他们讲等时性加速器是怎么回事。我大概讲了四天多，他们觉得收获很大，向汉中分校的领导表达了对我的感谢，为此我得到了军管干部的表扬。

那时清华大学也想做新的加速器，就请北大把我从汉中叫回北京，跟清华几位老师一起讨论新的加速器研制方案。可惜新方案中加速器的规模不小，不适宜在汉中研制。为此我要求学校让我在北京多待几天，借机做些调查。那时候，北京化工学院有一个存放科学技术文献材料的资料室，我就到那里去查阅文献。结果，我看到法兰克福大学有科学家提出了一种新的加速器结构的概念，叫螺旋波导加速器。这个加速器尺寸很小、结构简单，我觉得可以在汉中试试研制。

回到汉中后，我找了几个志同道合的同事一起做研究。在秦岭的山沟里，我们几个人排除万难，花了一年的时间，把螺旋波导加速器做了出来。当时我还提出了束流脉冲化的二维理论。在加速器做好后，我利用北京师范大学的高压倍加器引出的束流，进行螺旋波导加速器的载束实验。当螺旋波导加速器运行在聚束器状态下，在不同的功率时得到的束流脉冲波形与我提出的二维理论完全一致，证明了这台加速器和束流脉冲化的二维理论都是成功的。后来，这项成果获得北京市科技成果二等奖。

1977年，中央决定筹备召开全国科学大会，并决定会后制定全国的科学规划。中央让钱三强先生负责核科学技术方面的规划。钱先生把我从秦岭调回北京，参与制定原子核科学技术的规划。

1978年3月，盛况空前的全国科学大会在北京隆重召开。这次大会是我国科学史上空前的盛会，标志着 “科学的春天” 到来。我有幸参加了这次盛会。开幕式上，邓小平同志做了重要讲话，他重申了科学技术是生产力，还指出知识分子是脑力劳动者，也是劳动人民的一部分。我听了以后非常激动，忍不住流下热泪。我觉得我的政治生命恢复了，科学生涯又重启了！我切身感受到科学的春天带来的温暖。小平同志还强调：必须打破常规去发现、选拔和培养杰出的人才，把尽快培养出一批具有世界第一流水平的科学技术专家，作为我们科学、教育战线的重要任务。

出席全国科学大会的知识分子满怀喜悦地热烈讨论，右一为陈佳洱

开会期间进行分组讨论，我被分在北大和北医那个组，组里还有周培源、张龙翔、侯仁之等著名学者。我记得我发言说，由于 “文化大革命”，我错过了最好的科学创造的年华，现在已经44岁了，年纪大了，不可能再有大的作为了。周培源先生指着我说：“你看他还说自己老了，那我们该怎么办？” 周老的话激发了我进一步拼搏的决心！当时，大家都憋着一股劲，要打一场翻身仗，把失去的几年补回来，科学研究的热情像火山一样爆发出来，我们的核科学更是突飞猛进。

我从1955年来到北大，始终跋涉在核物理的山路上，攀登加速器研究的高峰，北大的精神和气质流淌在我的血液里。我感觉到，北京大学作为五四运动的策源地，最宝贵的光荣革命传统就是“爱国、进步、民主、科学”。在新时代，我们要继续发扬北大优良、光荣的传统和 “勤奋、严谨、求实、创新” 的优良学风，以世界一流大学为目标，大踏步前进！

记得有一次我陪美国斯坦福大学的校长卡斯珀去见朱镕基总理。那时候国内外对大学排名正炒得很热，朱总理问：“你们斯坦福大学很有名，又缔造了硅谷，为什么排在第四名？” 斯坦福大学校长说：“总理先生，请您把这个排名忘了吧，我们斯坦福大学有斯坦福大学的文化，有斯坦福大学的传统，不管它排第几名，斯坦福大学就是斯坦福大学。”这话说得非常切合实际，非常好！

鲁迅先生曾经说过：“北大是常为新的，改进的运动的先锋，要使中国向着好的，往上的道路走。” 这句话精辟地概括了北大的传统和北大的精神，也是北大历史的主旋律。北京大学必须秉承这样的文化和传统，培养和引进世界一流人才，把北京大学建设成真正的世界一流大学，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，作出自己的贡献！

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