□　范国轩

　　
　　
　　不少人经历过“学建筑就是盖楼”“学计算机就是修电脑”等让人啼笑皆非的专业误解。对清华大学的青年物理学者查皓来说，他也面临着类似的考验：该如何给人科普自己研究的是粒子加速器呢？
　　“家人朋友听到我的专业名字，第一反应就是给火箭加速”，查皓戏谑道。事实上，粒子加速器最初是作为人们探索原子核内部结构的重要手段而发展起来的。要想了解物质的微观结构，首先要把它“打碎”，粒子加速器就是用高速粒子相互碰撞“打碎”对方，然后进一步了解其中粒子级别的信息。
　　时间的车轮滚滚向前，人类对物质结构的认识方式从最原始的肉眼可见逐渐发展到借助放大镜、显微镜，而后粒子加速器、对撞机等设备横空出世，人类对物质结构的认识也开始深入到细胞、分子、原子和亚原子深层次，期间的每一层深入无疑都极大地推动了科技和社会的发展。而加速器这一新生事物不仅直接推动了人们对物质的微观认知，还在发展的过程中助力了安全检查、食品与药物加工、医疗的诸多国民经济领域的发展，这也成了查皓痴迷探索加速器的终极原因。
　　
钟情加速器研究
　　“1930年，科学家用加速器轰开了原子的大门，逐一发现了60多种粒子，一个新世界的大门就此应声而开。诺贝尔物理学奖差不多每3年就有一个成果是通过加速器发现的，至今已经有30多项获奖成果”每当提起加速器，查皓的眼睛就亮了起来。在普通人眼中高深莫测的加速器，总是能被他讲得深入浅出，让人听得入迷。他经常称加速器为“人类伟大的发明”，任谁都能感受到他对加速器那种痴迷的热爱。也正是因为这份热爱，查皓的科研道路笔直地走向了加速器的研究。
　　从清华大学工程物理系的本科时代起步，读完博士之后，查皓入选了欧洲核子研究中心的玛丽·居里学者。欧洲核子中心（也通常被称为CERN）是世界上最大的粒子研究实验室，坐落在瑞士和法国边境。在这里，查皓将自己的3年时间投入到一种被称为“X波段加速结构”新技术的研究中。该技术可以在短短1米长度内让粒子获得超过1亿伏特的加速，这差不多是一次闪电的电压。这项技术可以缩小粒子加速器的“个头”，让加速器变得更实用。据查皓介绍，像大型强子对撞机（LHC）这种“巨兽”型的机器，长度达到几十公里，令人望而生畏；而高梯度加速结构技术可以让类似的机器缩小至几公里，建造的难度也大大降低。
　　虽然X波段加速结构技术具备很大的潜力和价值，但研究起来不容易。CERN和多家科研机构广泛合作展开了长达30多年的持续研究，使得该项技术逐渐走向成熟并开始实用。正是这段时间，查皓加入了X波段加速结构的研究，并取得了丰硕的研究成果。例如CERN下一代直线对撞机的项目计划，其加速结构方案的研究在2010年基本定型。查皓通过细致的工作发现该方案还可以进一步改进，最终为该方案降低了5亿欧元的建造成本。在2016年国际高梯度结构研讨会上，查皓还展示了一种全新的结构方案设计，被同行评价为该研究领域未来“最有潜力”的发展方向。
　　
加速器与医学的碰撞
　　国外如鱼得水的研究生涯并没有让查皓安之如怡，他心中还有更远大的理想抱负。
　　让查皓动了回国念头的动力来源于粒子加速器的另外一个应用方向——放射治疗设备：“X波段加速技术”不仅在大型装置加速器例如直线对撞机中大放异彩，还可以在小型加速器中广泛应用，例如放射治疗设备。
　　放射治疗是癌症治疗的三大手段之一，放射治疗设备使用电子加速器产生的高能X射线杀伤癌细胞。与手术相比，放射治疗的最大优点是避免手术带来的高风险并减小创伤和痛苦，可直接通过放射治疗杀死肿瘤组织，从而起到“隔山打牛”的效果。有些早期癌症甚至可以只通过放射治疗手段就能得到治愈，成为早期癌症的标准治疗方法。
　　据统计，放射治疗对癌症治愈的贡献达到40%，治疗成本却仅占总成本的5%，无疑是性价比极高的治疗手段。但目前我国放射治疗领域与发达国家相比差距巨大，人均放疗设备数量不足发达国家的1/5，而且低端和老旧设备偏多。因此大量增购放疗设备，既适应目前快速增长的治疗需求，也是更经济与高效的选择。
　　据查皓介绍，“X波段加速技术”能够为放射治疗装置技术发展增添助力。放射治疗技术经过多年的发展，其治疗精度和安全性不断提高，副作用大幅度减小，已经摆脱了过去“治疗后掉头发”的形象。为了进一步提高治疗效果，下一代放射治疗技术开始往“定向消融”方向发展，通过更强力的辐射彻底根除肿瘤。这就要求放疗装置能够更精确地工作，其空间精度需要达到百微米级别（即数根头发丝直径）。这个精度对于数米尺寸和数吨重量的设备来说，目前的技术水平尚难完成。而“X波段加速技术”将加速器小型化，显著减小装置的体积与重量，有可能实现这样的精度，因此是未来放射治疗设备技术的很有潜力的方向。
　　种种焦灼萦绕在查皓心头，想让“X波段加速技术”尽快走向医学应用的想法让查皓再也无法安定下来。彼时，已经有美国医用加速器的知名企业向他伸出橄榄枝，但为了心中那个隐隐的梦，加上国内科研界欣欣向荣的发展趋势，2016年年底，查皓毅然决然启程回国，2017年年初，在母校清华大学重新开始且行且悟的科研之旅。
　　“加速器的未来是越来越明朗的，因为粒子束是件很有用的‘武器’，而能够‘操控’它，也将成为人类史上最伟大的成就之一。”带着这样的信念，查皓再度回到母校之时，没有任何初来乍到的不安，也省略了国内外科研环境差异的“水土不服”，一头扎进了紧凑型加速器装置的研究。
　　在母校参与的“十三五”重点研发计划“X波段高稳定性小型化放射源模块”项目中，查皓与团队共同研制了X波段医用加速管，在测试中核心指标剂量率达到国外同类加速管的接近两倍。这个令人欣喜的结果在2018年8月召开的全国医用加速器会议上一经报告，就得到了众人的广泛关注。
　　
梦想照进现实
　　科研是一座大山，只有一步步向上攀登过才明白其中的艰难。查皓的研究工作亦是如此。“加速器的可控性，是人们可以用它来随心所欲地做研究的基本前提，也给人们提供了更多的选择权，而大型加速器无论是成本还是用来做研究，其所要花费的代价都过于高昂，因此，加速器小型化的变革过程虽然注定曲折，但我们也要志在必得，这在医用和工业用加速器研究中非常重要。”查皓目光坚定地说。
　　在清华大学将近两年的时间呼啸而过，如今查皓的规划也更加清晰，只为到达山巅——将X波段结构技术用到加速器小型化中。
　　至此，查皓心中那个隐隐的梦终于描绘成形。他的主要精力都聚焦在基于X波段结构技术的新型医用和工业用加速器研究上，朝实用化这些大方向不断前进，还有向其他不同领域拓展。如今，国内对医疗重视程度越来越高，他想趁着高新技术崛起的机遇，通过加速器技术实现，造福更多医疗条件有限的地方，造福更多的人。查皓心里装的不止是一个能“撞碎”原子核的设备，而是寄托在这个设备上那些具有划时代意义的福祉。
　　X波段加速结构的研究涵盖多个领域，但目前这些领域的研究尚未成熟， 国内外各研究机构也仍处于探索过程。这让查皓看到了我国在这一领域研究中的发展机遇，也更让他坚定自己的选择。曾经的海外经历让他笃信，必须加强与国际同行机构的交流与合作，掌握各个相关领域的进展，加深对高梯度加速技术发展的理解，才能更有力地探索其技术的潜在应用方向，培养在领域内的大局观和前瞻意识。而这也是接下来他将要开展的重点工作之一。
　　“随着科技的进步，粒子这种看不见摸不着的存在，开始被人们慢慢操控，还能用它做更多利国利民的事，回顾这段‘无心插柳柳成荫’的历史，我会油然而生一种自豪感。”查皓这样诠释他一路走来的科研之路的意义。
　　
君问未来亦可期
　　鲁迅先生曾说，“哪里有什么天才？我只是把别人喝咖啡的工夫都用在了工作上。”对此查皓感同身受。一边是风雨兼程的科研，另一边是清华大学“双肩挑”的学生工作，而且回母校将近两年，查皓已经开始承担教学任务，就算是熟知的领域，他也会花上两天时间一丝不苟地准备一个半小时的课程内容。而工作之外，再忙他也会抽出时间尽量多陪伴家人。授课、科研、学生工作任务多了，难免分身乏术。查皓内敛地笑道：“很多时候我不得不利用晚上的时间来工作，不过我是个不看电视的人，这样倒是可以节省出很多时间。”
　　不管是X波段加速结构，还是新型医用加速器的研究，如今在国内外各研究机构都处于探索阶段。“对于基础研究来说，加速器技术的前路应该怎么走，是个有指导、有规划、循序渐进的过程，当然也是不断灵光乍现的过程。最重要的，这不只是一个人的事，而是整个科研界的责任与担当。”这样结语的时候，查皓眼神中的星火之光又被点亮了。
　　
专家简介：
　　查皓，清华大学工程物理系副研究员。1987年出生于江西省九江市。2004年就读于清华大学工程物理系，2013年获得博士学位，曾获得清华大学优秀毕业生、北京市高校优秀毕业生等荣誉称号。2013年获得欧洲知名的“玛丽居里奖学金”资助，在欧洲核子中心（CERN）工作。2017年回到母校清华大学任职，开展粒子加速器的科研和教学工作。主要研究方向为粒子加速器中的射频技术，目前主要研究X波段高梯度加速结构，研究方向的主要应用范围为下一代高能对撞机、新型小型化光源以及医用加速器。