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国家自然科学基金委员会建委二十周年
   
童德春:播撒创新种 催开产业花
作者:童德春  发表时间:2006-5-19

  2002年当我国海关配备了国产的同方威视大型集装箱车载移动式检测系统的时候,我不禁想起在1998年6月11日在中南海召开海关集装箱检测系统项目会上,时任国务委员的吴仪同志向我们提出不但要完成10套固定式检测系统,还要研制车载移动式检测系统的要求。如今,包括车载移动式检测系统在内的拥有自主知识产权的同方威视系列检测产品已销售欧洲、美洲、大洋洲、亚洲、非洲的十多个国家和地区,并以强大的竞争力在全球市场上占据重要位置。清华大学和同方威视公司共同申报的"加速器辐射源的移动式集装箱检查系统系列研制及产业化"获得2003年度国家科技进步一等奖。根植于自主创新基础上的产业化开出绚丽之花。而这一切,都源于国家自然科学基金十六年前播下的一颗种子。

  1990年,我们向国家自然科学基金委员会提交了"X波段(3公分)微型电子直线加速结构的研究"课题的资助申请。提出这一申请的背景是,上世纪80年代以来,随着微波技术的发展,国外开始出现结构紧凑小巧的X波段电子直线加速器,用于工业无损检测,可满足大型桥梁、核电站、火箭导弹等部门现场快速无损探伤或实时在线监测的需要。在放射治疗领域,它是医用精确放疗设备和辐射成像系统理想的射线源。X波段电子直线加速器的应用虽然越来越广泛,但其研制在国内尚属空白。当年10月9日,我们接到了基金委的项目批准通知书,获得了为期三年、总额4.0万元的资助。虽然经费的数目在当时来看也是很有限的,但国家择优给予资助,说明同行专家肯定了课题的方向,这也增强了我们的信心和责任感。

  由于研制X波段电子直线加速器不但涉及探索X波段加速器的粒子动力学及加速结构腔形优化等物理设计问题,还涉及腔体精密加工、微波调谐及电真空焊接工艺等关键技术问题。在科学基金的资助下,我们开展了核心部件X波段驻波加速管的基础研究,也开展了相关技术的研究。在经费有限的条件下,为了做好基金资助项目,课题组的教师、研究生及工人师傅团结合作,千方百计克服困难。工作频率达9300MHz的驻波加速腔对尺度很敏感,当时没有数控车床,工人师傅自行设计制作了满足加工精度的回转刀架,完成了高精密X波段无氧铜驻波腔的加工制造;研究室缺少X波段的微波仪器,国产扫频源也很贵,更别提进口的微波网络分析仪了,我们就到外系去租用,到校设备回收库去搜寻可维修的仪器,建立模型腔测量台, 研究微波参量冷测及调谐的相关技术;电子部12所的同志还精心研究、探索了X波段无氧铜腔链的电真空焊接工艺。

  1993年底基金项目结题了,经过几年的努力探索,我们已经掌握了研制X波段驻波加速管的关键技术。由于条件的制约,我们终究未能制成一根完整的可提供电子束的X波段驻波加速管。此外,当时X波段加速器需要的MW级高功率微波源及环流器等元器件在国内也都是空白,即使制成加速管,也无法进行调束实验。但科学基金播下的这颗种子,却在我们心中生了根,发了芽。我们不想中断,希望它能开花结果。

  为了推动国内X波段驻波电子直线加速器的发展,我们一直寻求兄弟单位的支持与合作。从1984年开始,清华大学与电子部12所在发展S波段轴耦合驻波加速管方面已建立了良好的合作关系。1992年7月双方又签定了"联合开发X波段加速管技术合作协议书"。1995年初,清华大学与电子部12所及中国原子能科学研究院三方签定技术合作协议,愿意利用各自技术基础,已有条件,自筹经费,优势互补,开展X波段加速器的研制工作。兄弟单位的支持使我们将目标不仅定在制成一根完整的加速管上,而是要推向高功率热测出束,为研制X波段加速器整机作好技术储备。原子能科学研究院负责研制X波段MW级的四端环流器;电子部12所负责研制X波段脉冲功率MW级可调谐的同轴磁控管、高功率微波传输元件、电子枪、波导窗、束流输出窗、钛泵等电真空器件,清华大学则负责研制用于高功率出束实验的X波段2MeV驻波加速管。在此期间我们和12所共同开发的S波段加速管已得到小批量的应用,横向科研经费已有所收益,我们没有用来提高个人待遇,而是用于改善实验室设备。超过百万元的自筹经费在支持国家"八五科技攻关"项目的同时,也用于建设X波段加速管高功率试验台。

X波段2MeV轴耦合驻波加速管

X波段高功率热测试验台

  1997年4月在国内几家科研单位的支持与合作下,国内第一只X波段2MeV全密封轴耦合驻波加速管在清华大学热测台上出束成功。

  1997年12月29日,基金委在清华大学主持召开了"X波段2MeV轴耦合驻波加速管"科技成果鉴定会。鉴定委员会和与会同行专家对课题组工作及取得的成果作了充分的肯定,给予了热情的鼓励。记得基金委副主任王乃彦院士在会上谈到通常科研项目会遇到"两个死亡谷"。他赞扬我们的工作没有停留在完成理论研究,不是写了文章、交了报告就结束,而是努力取得有实用价值的成果,已经越过了第一个死亡谷;鼓励我们继续闯过第二个死亡谷,让实验台上的成果能得到实际的应用。这一席话真是语重心长,在我们的内心引发了强烈的共鸣。成果鉴定会使我们受到鼓舞,增添了继续前进的激情。我们要通过自身的努力,避免已取得的成果昙花一现的结局。

  我们也赶上了好时候。国家改革开放在各个方面都在大发展,高校也在日新月异地变化。清华大学承担的国家"八五"科技攻关项目"大型集装箱检查系统"正在走向产学研结合之路。1997年7月,以拥有自主知识产权的大型集装箱检查系统为依托,清华同方威视技术股份有限公司开始了创业的历程。1998年1月,"大型集装箱检查系统"通过了产品化审定。我们欣慰地看到成果转化为产品,即将走向市场的大好局面。令人深受鼓舞的是,我们的产业化工作得到国家领导同志的关怀与支持。江泽民主席、朱镕基总理先后视察"同方威视";李岚清副总理就大型集装箱检查系统产业化曾先后作过11次亲笔批示;1998年6月,吴仪同志向我们提出研制车载移动式检测系统的要求,当年10月28日,她又和海关领导一起来到我们实验室参观了X波段2MeV全密封轴耦合驻波加速管热测台,之后还开了座谈会。所有这些,都极大地激励了我们,决心启动X波段小加速器作为射线源,开发大型集装箱车载移动式检测系统,将产业化的工作做大、做强。我们很兴奋,也深感不安,责任实在重大,毕竟我们还只是完成了X波段小加速器核心部分的桌上调束实验,通常由此组装为一台稳定运行的加速器还有大量的工作要做,何况车载移动式系统的工作环境比在室内固定运行的条件要苛刻得多,对射线屏蔽的要求也更高,而完成任务的时间也有限。我们各方面的同志团结奋斗,电子部12所、中国原子能科学院也大力支持和配合,分秒必争地紧张工作。经过努力奋斗,我们终于克服了重重技术难关,在1999年5月成功研制出大型集装箱车载移动式检测系统。

同方威视MT1213大型集装箱车载移动式检测系统

  如今,我们高兴地看到国产的包括X波段加速器在车载移动式检测系统在内的大型集装箱检查系统系列产品不仅在我国海关系统得到广泛应用,而且从国内走向世界,走出了一条辉煌的产业化之路。从亲身经历中我们深切地体会到,科学基金是播种机,她播撒的是源头创新的种子,培育的是自主创新的希望。我衷心祝愿科学基金不断发展壮大,为提升我国自主创新能力作出更大的贡献。

  童德春 1935年12月生,教授,清华大学工程物理系加速器研究室。

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