——访中科院高能物理研究所陈元柏副所长

本刊记者　高 彤　薛海峰

　　
　　关注我国的科学事业的人，都知道北京的正负电子对撞机，曾几何时，那是我们的骄傲，也是我国科技进步的标志之一。中国科学院高能物理研究所教授陈元柏就是其中关键部分——漂移室设备的研制者。时隔多年，带着崇敬的心情，记者采访了陈元柏教授。
　　
陈教授和他的漂移室
　　
　　漂移室是什么？陈教授解释说，简单地讲，漂移室是一个探测器，是用来探测粒子的。漂移室的工作原理是：快速带电粒子穿过漂移室，与漂移室内的气体原子相互作用后，在入射粒子飞行径迹上会产生一系列的电离电子；电离电子在漂移室内的电场作用下向具有确定位置的阳极丝产生宏观漂移运动，当其到达阳极丝表面附近后在强电场会产生气体放大，并输出信号；测量出电离电子的漂移时间并结合电子在气体中漂移距离和漂移时间的关系便可以得到入射粒子径迹的位置信息；如果气体放大处于正比模式，则信号电荷量还包含了入射粒子能量损失信息。“可以说，在我们的行业里，它是气体探测器的一种”。
　　1978年，陈元柏从中国科技大学物理系核电子学专业毕业后，就来到中国科学院高能物理研究所工作，一待就是35年。期间，他先后到意大利、瑞士和美国的一些学校和研究所参加国际合作。
　　“我本来是学核电子学专业的，毕业后却被分到了物理研究室，如果分到了电子学室，我的人生可能会是另外的样子。我后来转到粒子探测的物理实验研究方向，参加北京谱仪的项目，也负责几个新型探测器的研制工作，主要从事于漂移室和新型微结构探测器的研究。”陈教授回忆起自己的经历，深有感触，“现在北京谱仪已经发展到了第三代，我一共参加和负责了3个漂移室的建造，MDCII，MDCIII和BESIII漂移室。漂移室的研制耗费了我大部分的工作时间。新型探测器的开发研制工作与北京谱仪的探测器是不同的思路，是一种探索性的工作。新型微结构气体探测器，它的读数的速度、分辨率和精度比丝室探测器都有了很大的提高。”
　　陈教授向记者展示了他们研制出来的新一代漂移室。与原来的相比，新一代漂移室有很大的改进：端面板是台阶的结构，室内的漂移单元采用了小单元结构，工作气体为氦基气体。漂移室的精度和性能等各项指标都有很大的提高。在空间分辨率上达到了115微米，动量分辨率达到了0.5%，电离能损分辨率达到了5%。
　　“现在的漂移室可以说是世界上正在运行的漂移室中最好的”。漂移室里分布着28678根丝，一种是信号丝，一种是场丝。信号丝的直径只有25μm，相当于只有头发丝的三分之一里，分布有6796根这样的细丝。剩下的2万多根丝也仅比头发丝稍微粗一点点。看着那满眼密密麻麻的丝线，可以想象这项工作的难度。正是因为陈教授他们殚精竭虑的工作，我们才有了世界领先水平的成果，我们才能站在了国际同类行业的前沿。
　　
一切为了完美的漂移室
　　
　　“气体探测器的原理很容易掌握，但是难在结构和工艺上，因为要根据不同的物理实验的要求来量身定做。”陈教授向记者描述了粒子气体探测器的研制过程，“对于我们的BESIII漂移室来说，首先要根据我们的物理实验的需求来设计。比如直径有多大，粒子飞行的距离有多长，空间分辨率、动能分辨率要达到足够的精度等。根据这些实际的要求，借鉴国际同类漂移室的设计，先通过计算做一个模型，使其物理性质达到标准，满足要求。”
　　物理性能满足了要求后再考虑结构的问题。布多少根丝，设计什么样的辅助设施，这属于机械结构的问题。最后才是工艺与工序等等的设计与安排。这些工作都做好，还只是完成了漂移室的结构设计工作，后续还有大量的工作。
　　“我们首先是要进行各种试验，在计算机模拟实验的基础上，通过各种模型实验，看看到底能不能达到计算机模拟的效果。然后是材料的实验，什么部位用什么样的密封胶都要一丝不苟地反复进行实验来获取得最真实的数据。当然，那些涉及探测器数据精度的实验就更加马虎不得了。”
　　在交谈中，我们得知，仅仅一个气体长期老化情况的实验，他们就用了整整四年的时间。实验做完了，数据都很理想，还有一个关键的环节——设备的工艺加工的质量保证问题。如何通过工厂的劳动把它由图纸变成现实？……这其中发生了很多故事，陈教授至今念念不忘。在加工台阶型的端面板时，他们在室内布满了两万多根丝，每个端面板上就要打两万多个孔，而且每个丝孔的绝对位置精度要求是不能超过25μm，这样高精度大面积的加工在国内以前没有过的。他们当时找了国内加工能力很强的企业，但是问题也接踵而来。陈教授和工厂的技术人员一起花了1年时间终于找到了达到加工精度的标准，也找到解决问题的办法。这么高精度的加工是个系统工程，要保证机床的正常运行，保证加工环境的恒温，工人的操作、质量的检测、钻头的精度等。
　　为了漂移室的加工，在车间里，他们搭起一个恒温操作间以保证环境温度，同时还通过控制冷却液添加的时间，以保证冷却液的温度。同时保障钻头精度，在线测量和三方签字等多个措施，终于保证了漂移室端面板的加工要求。
　　后来才发现，漂移室的加工过程，不单纯是一个技术问题，而是各个系统的最佳组合，是严格质量管理的结果。面板加工完成了，企业的技术能力和质量管理体系也提高到一个新的台阶。陈教授说，后来，其他单位找他们企业加工一个精度非常高的模具板，要打两千多个孔，问企业能不能做。企业说，我们刚做完两万多个孔的板子，这个两千多的简直是“小菜一碟”。这个意外的收获成就了陈教授严把质量关的一个副产品，也成为当地相传很久的一段佳话。
　　科研不需要单打独斗，更需要团队协作，陈教授非常感谢团队的贡献。他说，在拉丝的半年时间里，有的人家里有老人需要照顾，有的孩子还小需要接送上学，有的人生病了，但是，大家最终克服了这些困难，没有拖团队的后腿。陈教授说，那段时间，大家虽然很累，但却感受到从未有过的充实。这就是工作本身带来的快乐。当然，团队的年轻人得到了锻炼，有的学生后来获了奖，成为了科研的骨干。
　　
淡泊名利的学者情操
　　
　　为了这个项目如期完工，陈教授推掉了研究室里的行政职务，全身心地投入到漂移室的研制当中。在利益至上法则日趋盛行的今天，这是为常人所不能理解的。直到2006年，漂移室项目顺利完工，在室领导和所领导的要求下，他才又回到领导岗位上来。现在的他正在负责实验物理中心，同时负责东莞分部的筹建工作，这些工作也占去了他大部分的科研时间。陈教授不无遗憾地说，他一直想辞掉行政方面的工作，一门心思搞科研。
　　的确，按照常人的理解，陈教授的那些重大科技成果，无论其中哪一项都可以使他自豪一辈子，也可以使他的头上戴着炫目的光环，名利双收。但朴实的陈教授，只是谦虚地说：“我没有做太多的工作，这么多年来，只有那么几项科研成果，我还要更加努力。”他的话足以代表了当代中国科技工作者的胸怀，我们为拥有这样的科技人员感到骄傲，也希望有关部门能更好地为科技工作者服务，为他们创造更好的科研环境。
　　但是，陈教授感到自豪的是，BESIII漂移室里有那么多比头发丝还要细的丝，两万多根，从安装运行到现在，工作非常好，没有出过任何问题。这也是一个了不起的奇迹。是我国科技工作水平的完美的体现。
　　谈到未来，陈教授充满了信心。在研究方向上，他说，现在他们已经制造出了多种探测器，但还没有在理论上取得突破性的进展，缺少有自主知识产权的核心技术，这也是陈教授和他的团队未来的努力方向。
　　我们期待着，陈教授和他的团队，研制出更多的尖端的设备，为我国科技进步做出新的更大的贡献。