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引领中国束测创新 矢志科研薪火传承

来源:  发布时间:2022-06-27

——记中国科学院高能物理研究所研究员曹建社和他的束流测量团队

曹笑轩

 

 

 “过去也好,今天也好,将来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。如果20世纪60年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映了一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”这是19881024日,邓小平同志视察北京正负电子对撞机工程时说的一席话。

在邓小平同志来视察的前夜,25岁的曹建社作为中国科学院高能物理研究所的年轻同志,被领导安排在中控室值班。第二天,他有幸和团队的其他工程人员共同受到了邓小平同志的接见。那次接见,给曹建社留下了深刻的印象。当时作为中国的青年科研工作者,他在那次讲话中,真切地感受到了自己身上所承担的责任与使命。

19866月来到中国科学院高能物理研究所工作时,曹建社还是一位初出茅庐的年轻人,在此后的36年中,他先后担任束流测量组组长、北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)束流测量系统负责人、BEPCⅡ副总工程师、加速器中心副主任、先导专项ADS总工艺师、高能光源(HEPS)副总工艺师兼束控部主任、加速器学会理事以及加速器学会技术部副主任等职务,在支撑团队产出大批服务国家战略需求与重大应用的学科成果的同时,为国家培育了大量高新技术后继之才。不负时代,奋楫争先,成就了曹建社的科研人生,更让他和研究团队在时代的洪流中,成为中国建设重大科学装置的架海金梁。

 

岁月更迭

——坚守在束流测量一线

 

19728月,张文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信,反映对发展中国高能物理研究的意见和希望。一个月后,周恩来总理在对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示:“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来,同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究,应该成为科学院要抓的主要项目之一。”时隔不到半年,中国科学院高能物理研究所正式成立。

1986年,曹建社从武汉测绘科技大学无线电测量专业毕业,入职中国科学院高能物理研究所。彼时,正是研究所的蓬勃发展时期。入职前,曹建社专攻无线电测量技术;入职后,他凭借着从小对物理的爱好、扎实深厚的理论基础知识和较强的学习能力,迅速进入“角色”,在加速器束流诊断测量与控制技术研究中“渐入佳境”。

瞄准祖国之所需,为了中国的高能加速器事业发展,中国科学院高能物理所一直在国家大科学装置建设中承担着关键角色。事实上,在曹建社入职之初,中国科学院高能物理所就已经在建北京正负电子对撞机。加入中国科学院高能物理所之后,曹建社开始作为其中的一分子,与这群为了中国未来科研事业奋斗的研究者一起前行。多年来,他始终不遗余力且甘之如饴。

有志者,事竟成。在全所科研人员的共同努力下,1990年,一个振奋人心的消息传来了——BEPC最终顺利建成运行。作为世界八大高能加速器中心之一,BEPC是我国改革开放后建设的中国第一台重大科学装置,深受党和国家领导人重视,取得了一批在国际高能物理界极富影响力的重要研究成果。

这项任务的完成,极大地鼓舞了曹建社所在团队的士气。但他明白,这一切只是开始。

随着参加的科研项目越来越多,曹建社逐渐以出色的专业能力,从一群青年科学家中脱颖而出,并于1996年被任命为束流测量组副组长,1998年开始担任束流测量组组长。

19996月,中国科学院向国家科教领导小组第五次会议提交了“中国高能物理发展战略”,汇报了中国高能物理发展目标和中长期发展规划和BEPCⅡ方案。在这一背景下,曹建社身兼重任,从2000年起担任BEPCⅡ束流测量系统负责人,负责完成了束测系统的整体设计和安装调试。

21世纪初期,中国的大科学设备研制进入紧锣密鼓的阶段。

2009年,曹建社开始担任BEPCⅡ副总工程师。在这一期间,他针对BEPCⅡ丢束问题,指导建立了逐束团诊断、纵向Delay等有效监测手段,有效提高了其运行效率。

在担任加速器中心副主任期间,曹建社分管BEPCⅡ运行。在这一期间,曹建社始终保持着手机24小时开机,以应对突发事件和协调解决出现的问题,无论周末还是节假日,他都会风雨无阻主持和参加每天的BEPCⅡ早间例会,确保了BEPCⅡ亮度顺利达标。

亮度达标后,曹建社仍旧没有懈怠,而是继续组织队伍深入挖潜,合理安排机器研究,机器运行性能不断提高,连续3年在中国科学院大科学装置设施评比中获得第一名。后期他还组织部署了BEPCⅡ升级改进工作,有针对性地就升级改进开展机器研究。

在之前的科研基础上,曹建社的研究任务一个个接踵而来。在加速器驱动次临界洁净核能系统(ADS)项目中,也不乏他的身影。

ADS对国家核裂变能源的持续发展具有重要意义。1995年,我国在中国核工业总公司科技局的支持下,成立了ADS概念研究组,开展以ADS系统物理可行性和次临界堆芯物理特性为重点的研究工作。在此之后,研究人员由原来的中国原子能科学研究院扩大到高能物理研究所、北京大学。作为ADS项目经理部成员,曹建社受经理部安排,负责ADS调束工作。针对ADS项目边研制边调束特点,他打破常规调束思路,实行硬件调试和物理调束并行方案,先后完成了RFQTCMCM1CM2调束,并顺利完成ADS达标任务。

 

互促成长

——从国内合作到成立国际组织

 

“前途是光明的,道路是曲折的。”这句话是对中国加速器事业的最好诠释——这条发展轨迹,并不平坦。想要冲破桎梏,走出一条更加光明的中国大科学设备束流测量道路,就不能固守单打独斗的路线。在科研队伍和学科建设更加完备的基础上,为了让中国的束流测量事业再上一个新的台阶,曹建社团队选择敞开大门,博采众长,与国内外的众多科研团体和研究者展开一系列合作。

2005年,针对束流不稳定反馈这一当时国际加速器界的研究热点和难点,曹建社团队作为主要成员,与合肥光源、上海光源同行成功地申请到我国加速器界第一个国家重点自然科学基金项目——束流反馈。这也标志着国内加速器束流测量团队合作与攻关序幕的拉开。此后的ADS建设,曹建社团队又和兰州重离子研究所的束流测控团队紧密合作,顺利完成了这项先导任务。

为科学家们提供更好的科研平台,与各国展开更广泛的科研合作,既“请进来”,又“走出去”,中国科学院高能物理所已成为束流测量研究领域的引领力量之一。

早在2006年初期,中国科学院高能物理所就邀请了美国和日本的束测专家来现场参加束流测量系统调束,当时国外加速器领域专家的实干精神以及丰富的调束经验,给曹建社留下了深刻的印象。

21世纪以来,随着现代科学技术以及粒子动力学理论的发展,新的物理需求以及新的测量技术和方法一直在不断地发展。纵观国际,欧洲和美国都拥有各自的加速器束流测量专业的学术会议,但中国乃至亚洲却没有这样的学术会议组织。

为了给中国的加速器事业发展提供更多交流的平台,曹建社开始多方奔走,并联系上海、合肥等地的国内同行,提议共同推动“亚洲的加速器束流测量专业学术会议组织”的成立,并得到了他们的认同和支持。随后,曹建社与日本高能加速器研究组织(KEK)同行取得了联系,并讨论了这一想法。

彼时,国际上几个加速器会议正在合并为一个国际加速器会议组织(IPAC),在这一现状下,曹建社和相关合作单位讨论,决心成立国际束测会议组织。2010年,由曹建社作为3位倡议人之一的国际束测会议组织(International Beam Instrument ConferenceIBIC)正式成立。现如今,这一组织仍在为全球的束流测量研究提供着交流平台。

 

自主创新

——从瞄准先进到技术替代

 

束流位置测量系统是现代加速器所必须具备的核心系统之一。多年来,曹建社团队一直前行在这一领域的自主创新道路上。

在智能手机还没上市的20世纪90年代中期,采用软件无线电技术的数字束流位置测量系统已经在瑞士国家实验室的瑞士光源(SLS)在线使用,数字束流位置测量系统所采用的技术和智能手机类似。在多年与国外合作与学习的过程中,曹建社团队也在尝试利用研究生的学习课题来开展前瞻性研究,早在10年前,他们就开始从事机器学习研究、大数据分析等,用来帮助装置的顺利运行。

近年来,虽然国内在束流位置测量电子学系统研究领域有了长足的进步,但对于高精度、高稳定性的束流位置测量应用市场,目前依旧完全被国外产品所垄断。其高昂的价格和技术壁垒,在我国推动第四代同步辐射光源和自由电子激光等诸多高性能加速器建设的同时,也使得束流测量电子学成为加速器建设中的一个主要瓶颈。

201622日,高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)工程动员会暨科学技术委员会第一次会议在中国科学院高能物理研究所召开。中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳发表动员讲话,他说,作为多学科研究的支撑平台,高能同步辐射光源(HEPS)是中国科学院高能物理研究所未来规划的重中之重。

受高能光源验证装置经理部安排,曹建社负责超导3W1扭摆磁铁项目的关键技术攻关。团队整合了加速器中心7个专业组力量,克服诸多困难,最终研制成功并投入在线使用。

“十四五”期间,曹建社团队的科研任务仍然艰巨。

2021628日上午,在中国共产党百年华诞来临之际,由国家发展改革委立项支持、中国科学院高能物理研究所承担建设的高能同步辐射光源首台科研设备安装。作为高能光源副总工艺师和束控部主任,除了主抓加速器工艺和束控部工作外,曹建社还重点主抓数字束流位置测量电子学(数字BPM)研发。“HEPS束斑大小为微米量级,其束流运行轨道稳定性要求在亚微米量级。综合评估我们的需求以及国际形势,我们决定以数字BPM研发为突破口,开展国内自研。”曹建社说。

为了更好地达到这一目标,曹建社团队成立了数字BPM研发小组。历经66版攻关,现如今,他们自主研发的数字BPM电子学性能与国外商业垄断产品性能相当,实验室测试闭轨分辨率优于10纳米,已全部替代了国外产品。目前,相关技术已批量应用于BEPCⅡ,设备的运行状况优良。

 

传承发展

——坚守团队科研使命

 

从科技实力落后于西方国家,到自主创新,在国际科研界发出掷地有声的中国声音,中国科学院高能物理所付出了几十年的努力。而这背后,少不了像曹建社一样的科研人一代代的坚守。

如今回首一路走来的点点滴滴,曹建社始终心怀感恩。“首先,我很感谢马力同志,他作为国内束流测控界的元老,其严谨的工作作风、勤奋的工作态度和光明磊落的品性也深深影响了我,潜移默化中我从他身上学到了很多。”他说,“其次,我还要感谢我的家人,是他们默默地奉献,才能让我安心忘我地工作。”提起自己的家人,曹建社心里满怀愧疚。

科研精神薪火相传、生生不息。在老一辈科研工作者的影响下,在束流测量团队之后的发展过程中,曹建社始终以团队发展为重,现如今,团队接班人岳军会、随艳峰、魏书军、叶强、麻惠洲、何俊等人,都已挑起了大梁,延续和传承团队精神,为我国的大科学设备研发注入光和热。

曹建社说,新一代科研人的机遇还是很好的,恰逢国家科研投入的黄金期,让他们有机会参与建设这些重大项目,机遇大,责任也大。他希望团队的科研人员都能脚踏实地,用不懈的行动服务于中国束测领域的发展。

年近60,也已临近退休,关于未来,曹建社来不及想太多。在他看来,中国束流测量事业未来的发展潜能巨大,他要做的就是关注当下,把团队要做的工作认真做好,以不负年华、不负重托。

(责编:张闻)

 


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2022年7月

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