從2006年萌生穩(wěn)相光壓加速的想法，到2008年在《物理評論快報》上發(fā)表論文正式提出激光穩(wěn)相光壓加速的原理；從2017年帶領(lǐng)團(tuán)隊建成世界上首臺超小型激光加速器輻照裝置，到2018年在北大校慶前夕向習(xí)近平總書記介紹1：10比例的激光加速器原型裝置的原理和應(yīng)用領(lǐng)域；從2019年底率領(lǐng)團(tuán)隊開啟為期十一年的國家重點研發(fā)計劃“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)”重點專項——“拍瓦激光質(zhì)子加速器裝置研究與應(yīng)用示范”項目，到2020年參與北大和廣州市白云區(qū)合作建設(shè)廣東省激光等離子體技術(shù)研究院的一系列工作，在北大度過21載光陰的北大物理學(xué)院副院長、重離子所所長顏學(xué)慶教授的“燕園記憶”里，有很多從“0”到“1”的創(chuàng)新突破和難忘瞬間。
在北京初冬的一個清晨，《北京大學(xué)校報》記者在北大激光等離子體實驗室專訪了“2020年度何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎”獲得者顏學(xué)慶。
顏學(xué)慶向科學(xué)技術(shù)部黨組書記、部長王志剛和隨行領(lǐng)導(dǎo)介紹團(tuán)隊研究的超小型激光等離子體加速器癌癥治療系統(tǒng)
開創(chuàng)激光穩(wěn)相加速方法
1998年，即將在清華大學(xué)工程物理專業(yè)本科畢業(yè)的顏學(xué)慶來到北大做畢業(yè)設(shè)計。這次經(jīng)歷讓他發(fā)現(xiàn)，“在北大有充分的思考空間，有創(chuàng)新的土壤可以做點新東西”。恰逢陳佳洱院士、方家馴教授招收碩博連讀的學(xué)生，1999年，顏學(xué)慶進(jìn)入北大攻讀加速器物理專業(yè)的博士學(xué)位，開始了他在激光離子加速方面的求索之旅。
“陳佳洱院士是我的博士生導(dǎo)師，方家馴教授是我的碩士生導(dǎo)師。他們一直鼓勵我在加速器領(lǐng)域探索新的原理和方法，先做起來?！鳖亴W(xué)慶開始逐步摸索改進(jìn)離子加速效率的途徑?！霸诒贝蟮暮锰幘褪菦]人會限制你，科學(xué)精神和自由探索精神無處不在。”
2004年，顏學(xué)慶在北大博士畢業(yè)留校任教。這一時期，美歐等國的科學(xué)家開始提出用強(qiáng)激光做離子加速的想法，但在原理上尚無突破。時光走過兩年，2006年，已經(jīng)在這方面廣泛閱讀了大量文獻(xiàn)的顏學(xué)慶借鑒風(fēng)帆的原理率先提出穩(wěn)相光壓加速的物理方法。但是當(dāng)顏學(xué)慶在國際會議上提出這個想法后，質(zhì)疑紛至沓來?！按蠹叶加X得這個‘帆’做不出來?！标惣讯菏繋е亴W(xué)慶來到中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，徐至展院士對顏學(xué)慶的這個創(chuàng)新想法非常贊賞，這更堅定了顏學(xué)慶的信念?！坝掠诳?fàn)?，不怕輸，更不會服，是我們的民族精神！?008年，顏學(xué)慶在《物理評論快報》上發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文提出激光穩(wěn)相光壓加速的原理，指出穩(wěn)相加速方法可以產(chǎn)生納庫級自聚焦GeV準(zhǔn)單能的質(zhì)子束，并有望通過多階段加速得到萬億電子伏特量級的質(zhì)子束，研究對于離子癌癥治療、激光核聚變快點火和新概念加速器等研究頗具意義，系列文章最高單篇引用率接近400余次。在北大這片鼓勵創(chuàng)新的沃土中，在擁有濃厚自由探索精神的氛圍里，顏學(xué)慶實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。
加速器要成器
論文發(fā)表了，顏學(xué)慶并沒有止步于此。“陳佳洱老師和賀賢土老師都對我說想法很好，能不能在北大做相關(guān)的實驗?！眱晌辉菏坷蠋煆?qiáng)力支持顏學(xué)慶申請在北大建立激光實驗室。建立實驗室的過程并非坦途，其間也遭遇挫折，怎么辦？陳佳洱院士說：“加速和加速器只差一個字，但是不成器不行。”恩師的這番話對顏學(xué)慶影響至深，從此他開始致力于從“加速”到“加速器”的研究，以堅強(qiáng)的意志力，用十年磨一劍的精神，踏踏實實沿著“加速器要成器”的道路往前走，追求更多的突破。他與張杰院士、北大客座教授盛政明教授進(jìn)行深入的討論和交流，發(fā)現(xiàn)超短超強(qiáng)激光與固體靶相互作用時存在穩(wěn)相加速機(jī)制，如果激光歸一化光強(qiáng)強(qiáng)度a與靶的面密度相當(dāng)時，激光可以如常規(guī)加速器一樣對離子進(jìn)行加速和縱向聚束，從而可以產(chǎn)生高品質(zhì)的高能單色離子。這對激光離子加速器的“成器”影響重大。
帶著“加速器要成器”的目標(biāo)，2008年，顏學(xué)慶申請前往德國馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所做訪問研究。在德國，顏學(xué)慶和馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所Habs教授、正在馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所做客座教授的激光尾波場加速理論的提出者Tajima教授三人一見如故，二人對顏學(xué)慶的“風(fēng)帆論”頗感興趣，一到周末三人小組就開啟“討論模式”，“我們在一起證實了激光穩(wěn)相加速的原理，寫了10篇文章，那一年多的時間非?！弋a(chǎn)’，我們?nèi)顺闪朔浅：玫呐笥?，并加入?018年諾貝爾獎獲得者M(jìn)ourou教授倡議發(fā)起成立的‘世界超強(qiáng)激光科學(xué)中心’?！盚abs和Tajima經(jīng)?！翱简灐鳖亴W(xué)慶，做實驗的時候只告訴他參數(shù)，讓他預(yù)測結(jié)果。顏學(xué)慶的理論預(yù)測結(jié)果每次都和實驗結(jié)果高度吻合，這讓二人大為佩服?；厥棕?fù)笈德國的時光，顏學(xué)慶感慨，“那段時間真正接觸了激光加速理論的源頭，并針對激光加速速度上不去、效率低的物理瓶頸，對激光穩(wěn)相加速原理進(jìn)行了實驗驗證，將研究方向向前推進(jìn)了重要一步，并和國際上的頂尖團(tuán)隊建立了合作。”
在德國兩年的時光飛速而過，2010年，陳佳洱院士赴意大利開會，在慕尼黑轉(zhuǎn)機(jī)期間特別和顏學(xué)慶會面談心：“你現(xiàn)在應(yīng)該趕緊回國，申請項目獲取支持，在中國完成‘加速器要成器’的目標(biāo)?！?011年北大科研部訪問慕尼黑馬普量子光學(xué)所，帶隊的周輝部長建議盡快回國申請“杰青”項目。這一年冬天，顏學(xué)慶回到燕園，在北大科研部門的支持下順利申請到‘杰青’基金資助，“杰青基金200萬元，加上陳佳洱院士拿到的一筆200萬元重點項目經(jīng)費，總共400萬元起家?！鳖亴W(xué)慶在陳佳洱院士在北大做回旋加速器的一個庫房開始建設(shè)激光加速器實驗室。兩年之后，2012年，陳佳洱院士、顏學(xué)慶教授領(lǐng)銜的“超小型激光離子加速器及其關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”項目獲得國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項立項。從此，在恩師陳佳洱院士和北京大學(xué)的鼎力支持下，持之以恒帶領(lǐng)團(tuán)隊開展高梯度激光離子加速器的研制，“高對比度高功率飛秒激光”“激光等離子體透鏡”“納米自支撐靶材”和“激光驅(qū)動超高流強(qiáng)離子束傳輸”等核心技術(shù)被一一突破。2017年，顏學(xué)慶團(tuán)隊在北大建成國際上首臺1%～5%能散、能量（3～15 MeV）和電量（<2～30 pC/束團(tuán)）可調(diào)的激光質(zhì)子加速器與輻照裝置。團(tuán)隊成功開展了聚變磁場診斷和粒子注入與輻照等探索，激光離子加速器也逐步應(yīng)用于西南物理研究院和新奧集團(tuán)磁約束聚變裝置研究，激光加速器此時初步“成器”。
顏學(xué)慶在北大激光等離子體實驗室
在最接近需求的地方從事科研
2018年，北大120周年校慶前夕，習(xí)近平總書記在北大考察時駐足于顏學(xué)慶團(tuán)隊研發(fā)的激光加速器原型裝置前，顏學(xué)慶向總書記匯報：“從樣機(jī)的建造到不斷完善，并建成第一臺激光質(zhì)子加速器，整個過程都是我們中國人自己完成的。”兩年前的那個難忘瞬間，顏學(xué)慶至今記憶猶新：“當(dāng)時跟總書記匯報時我們表示要盡快推進(jìn)科研成果的落地轉(zhuǎn)化，建成能用的裝置，服務(wù)于人民生命健康和國家需求?！彼钣懈杏|地說，科研工作者的使命，就是“在最接近國家重大需求和人民生命健康需要的地方從事科學(xué)研究”。
2019年12月，國家重點研發(fā)計劃“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)”重點專項“拍瓦激光質(zhì)子加速器裝置研究與應(yīng)用示范項目”正式批復(fù)。項目由北大牽頭承擔(dān)，實施周期為2019年12月至2030年11月，跨度長達(dá)11年。項目完成后，激光質(zhì)子放療系統(tǒng)的運行費用將大為降低，更多腫瘤患者將因此受益。作為項目負(fù)責(zé)人，顏學(xué)慶說，“實現(xiàn)研制開發(fā)出穩(wěn)定可靠的激光質(zhì)子放射治療系統(tǒng)的目標(biāo)，還有很多物理技術(shù)的瓶頸需要一點點地去克服，還有很多工程的問題等著我們?nèi)ネ黄?。作為北大科研工作者，我們不僅要在原創(chuàng)上有想法，更要堅持‘四個面向’，致力于科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，為國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈做貢獻(xiàn)，真正打通產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的最后一公里。”為此，顏學(xué)慶積極促成項目落地于北京懷柔科學(xué)城的激光加速創(chuàng)新中心?！皯讶峥茖W(xué)城的激光加速創(chuàng)新中心將成為重要的科研平臺，起到示范作用，更重要的是為國家‘十四五’激光大科學(xué)裝置研發(fā)奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。”正因為這一重要作用，當(dāng)2019年底激光加速創(chuàng)新中心啟動之際，顏學(xué)慶感慨萬端，在微信朋友圈發(fā)文致謝各方支持：“懷柔科學(xué)城北京激光加速創(chuàng)新中心經(jīng)過兩年多的論證，無數(shù)次匯報和方案調(diào)整，在2019年底終于可以啟動。在此衷心感謝所有給予幫助和支持的領(lǐng)導(dǎo)們、專家們、同行們、朋友們、科學(xué)城公司和參加項目的團(tuán)隊成員們?。。 ?/p>
“四個面向”中，面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向人民生命健康，是顏學(xué)慶近十多年來始終積極探索的目標(biāo)和方向，但是如何面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，對他來說還是個全新的命題?！翱蒲谐晒绾萎a(chǎn)業(yè)化？”“如何運用產(chǎn)業(yè)化成果反哺科研？”這是顏學(xué)慶始終在思考的問題。2020年9月，北京大學(xué)與廣州市白云區(qū)簽署合作協(xié)議，共同支持廣東省激光等離子體技術(shù)研究院的建設(shè)?！拔覀兒枚鄬＠夹g(shù)看似沒有用，但到了廣州這樣的產(chǎn)業(yè)前沿發(fā)現(xiàn)遍地有用，在這里可以讓相關(guān)技術(shù)繼續(xù)孵化，集聚成當(dāng)?shù)氐募す猱a(chǎn)業(yè)生態(tài)，整合出一條激光等離子體產(chǎn)業(yè)鏈，提升整個產(chǎn)業(yè)鏈水平，從而真正打通產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的最后一公里?！鳖亴W(xué)慶的想法很明確。
在燕園走過21載創(chuàng)新求索之路，顏學(xué)慶對北大打造自主創(chuàng)新新高地有著自己強(qiáng)烈的期許：“北大做強(qiáng)創(chuàng)新引擎離不開科學(xué)的評價體系和評估機(jī)制。持續(xù)創(chuàng)新需要深化科技創(chuàng)新體制改革的支撐?！▽W(xué)術(shù)’‘唯貢獻(xiàn)’的人才和學(xué)術(shù)評價體系將進(jìn)一步激發(fā)北大科研工作者的創(chuàng)新潛能，我對此滿懷期待！”
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