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高端访谈

“不见出光誓不还”,这位“土博士”眼里有“光”

激光制造网 来源:上观新闻2022-07-27 我要评论(0 )   

  他是一名“土博士”,工作那年,从自己擅长的领域转到陌生的新兴领域。  他是一名“追光者”,十年如一日,专注地做了一件大事——在国际上率先实现基于激光加速...

  他是一名“土博士”,工作那年,从自己擅长的领域转到陌生的新兴领域。

  他是一名“追光者”,十年如一日,专注地做了一件大事——在国际上率先实现基于激光加速器的自由电子激光。

  在他看来,科学家要有科学的审美,不应盲目追逐热点,而要做于国有利、真正有价值的科研。

  他就是2022年“上海最美科技工作者”、中科院上海光机所王文涛研究员。

  “梦之束”终成“现实之光”

  他的故事,可以从国际权威学术期刊《自然》的两篇封面文章说起。

  2004年9月30日,《自然》选择“梦之束”为封面关键词,刊登了美、法、英等国科学家首次在实验中证实激光尾波场加速可以实现准单能的高能电子。

  什么是激光尾波场?快艇在水中行进,会在船尾拖出波浪,这时人可以利用这个波浪进行冲浪运动,以接近快艇的速度往前进。把强激光打在气体里面,激光排开电子也能形成这样的尾波,如果电子被尾波捕获,就会随着激光往前跑,在非常短的距离内被加速到接近光速。这一技术可以将原来体积非常大的加速器,从公里量级缩短到厘米量级。

  自由电子激光好比一台超级相机,拥有飞秒量级快门,可以拍摄到化学键的形成、电子的快速运动等;它还有着相当于一个水分子大小的超高分辨率和超高的峰值亮度,可以实现对微观世界的“曝光”。未来这一技术如果要走进医院和学校,实现普及,小型化、低成本是必然趋势。目前全世界正在运行的自由电子激光大科学装置只有8台,它们的长度都在数百米甚至数公里。之所以要这么长的距离,因为传统加速器对电子加速需要有一段距离,相当于客机起飞,需要一个“跑道”;而激光加速这一全新方式,好比在航空母舰上弹射战斗机,可以短距离把电子提速。于是,以“梦之束”为发端,利用激光尾波场加速器驱动小型化自由电子激光,成为了该领域科学家追逐的最前沿。

2019年1月11日凌晨3点,第一次观察到“出光”的合影。前排左一为王文涛

  然而,这一“另辟蹊径”却迟迟没有新的突破。直到2021年,上海光机所研究团队在只有12米长的台式化自由电子激光装置上,首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出,在国际上率先完成台式化自由电子激光原理的实验验证。这一成果以“小型化源”为题,成为2021年7月22日出版的《自然》封面文章。《自然》和另一国际权威学术期刊《科学》同期发表专栏文章,评价该成果是自“梦之束”以来的“又一里程碑”。

  “梦之束”终成“现实之光”,王文涛正是该项成果的主要完成人之一。

  向世界证明这个方案走不通,也是一种成功

  王文涛算是“半路出家”。2010年,王文涛从上海光机所博士毕业留所工作。当时,他所在的强场激光物理国家重点实验室以激光电子加速技术为主攻方向,他于是放弃了自己擅长的领域,转到这一陌生的新兴领域。尽管,这意味着从零开始,但他乐观地表示,自己喜欢实验,对实验平台和各种设备的熟悉让他成为当时最适合的人选。

  2012年,上海光机所启动台式化自由电子激光的研制,与美法德日意等国展开了同台竞争。这是一个重大仪器项目,但当时世界上并没有切实可行的方案,还要面临其中非常复杂的科学挑战。难度之大,不少同行专家为他们捏了把汗。

  “就拿实现电子束的稳定性来说,好比炸弹爆炸,要求每次爆炸弹起的碎片都能精准地打在10米外直径不到1毫米的靶心上,这种复杂过程需要考虑的因素太多,难度极大。在我们的研究突破之前,利用激光加速器来研制台式化自由电子激光,仅仅具备理论上的可能。”王文涛说,他们用了整整五年,才实现了电子束的连续稳定产生。

  “加班奋战三百天,不见出光誓不还”,这是王文涛提议挂在实验室的标语,也是他们甘做“冷板凳”的决心。“‘三’在汉语里是个虚指,指的是很多天,但我们也没想到,这一坚持就是3000天。”

  在这3000天里,王文涛和团队成员几乎一年就有300天加班到凌晨。在他看来,这是做科研最自然不过的事情。“读博士的时候,我们就耳濡目染——实验室的创立者徐至展院士几乎天天都在实验室工作,没有周末。我们这个团队志同道合,无数个夜晚都在一起分析问题、探讨解决方案,这种积极向上的氛围是会相互‘传染’的。”

  在这3000天里,王文涛的儿子出生了,当时正是项目的关键时期,“走时娃未醒,归时娃已睡”成为他和众多科研人的真实写照。

  在这3000天里,王文涛也有过极大的挫败感。2017年,原有的设计方案历经三年尝试后,宣告失败。王文涛第一次感到迷茫,甚至提出,他可能坚持不下去了。项目首席科学家、中科院院士李儒新当时对他说:“你向世界证明这个方案走不通,也是一种成功。”王文涛说,这番话让他不再害怕失败,不再自我否定,也给了他破釜沉舟的勇气。在最终方案实现之前,他们一共尝试了四种方案。“创新,就是要走别人没走过的路,充满艰辛但有着独特的魅力。”

  追光逐梦是一件很酷的事情,眼里也要有“光”

  数月前,正值上海疫情封控。为了在上海超强超短激光实验装置上做出高能电子束,王文涛和团队成员驻守在那里,饿了吃盒饭,累了就睡行军床。

  从30岁到42岁,王文涛一直专注地在和激光打交道。在他看来,科学家要有科学的“审美”和定力,不应盲目追逐热点,而要做于国有利、真正有价值的科研,并扎实地做好、做透。就算别人做出了“短平快”的研究成果,也不要轻易改变自己的追求。

  “我们团队的平均年龄不足35岁,青年人是科学研究和创新的中坚力量。‘木桶理论’不适用科研领域,青年人应该立志成为团队中不可忽略的‘长板’,这决定了团队的高度。”

  王文涛说,追光逐梦是一件很酷的事情,在做这个事情的时候,眼里也要有“光”,这既是目标,也是坚持到底的“希望之光”。

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