創(chuàng)新引領(lǐng)未來 教育踐行責(zé)任——記清華大學(xué)工程物理系輻射物理及探測研究室

本刊記者 李明麗

創(chuàng)新引領(lǐng)未來 教育踐行責(zé)任
——記清華大學(xué)工程物理系輻射物理及探測研究室

本刊記者 李明麗

核探測，一個聽上去神秘而高深的領(lǐng)域，其實(shí)與我們的生活息息相關(guān)，醫(yī)院里的CT機(jī)和透視儀、機(jī)場里的安檢設(shè)備、房屋裝修后檢測有無超標(biāo)有害物質(zhì)的儀器等等，這些在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷膬x器設(shè)備，它們使用的都是核探測技術(shù)，這些儀器的核心部件都是核探測器。核探測器的水平直接影響這些設(shè)備的精度。

清華大學(xué)工程物理系輻射物理及探測研究室從2001年組建以來，以國家的需求為基石，積極尋找創(chuàng)新突破口，實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化的同步實(shí)施，積極開展交流與合作，最后以人才培養(yǎng)為落腳點(diǎn)，走出了一條新時代科研團(tuán)隊的建設(shè)之路。

基礎(chǔ)研究——行業(yè)核心的競爭力

“國家之間科技競爭的核心競爭能力最后都體現(xiàn)在基礎(chǔ)器件和材料上，所以我們做基礎(chǔ)元器件的研究非常重要，是國家最需要的東西。”

當(dāng)被問及為什么會選擇核探測器這個研究方向時，清華大學(xué)輻射物理及探測研究室主任李元景教授這樣回答。

李元景是一個地地道道的“清華人”，學(xué)于清華，成于清華，自1990年畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系核電子學(xué)專業(yè)一直在清華大學(xué)工程物理系從事輻射探測、輻射成像及安全檢測設(shè)備研究方面的工作。多年的科研經(jīng)歷使李元景認(rèn)識到，系統(tǒng)設(shè)備的好壞取決于它核心元器件的水平，沒有好的元器件，整個系統(tǒng)就沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)作為支撐，研發(fā)必然缺乏后勁。因此，系統(tǒng)設(shè)備的核心競爭力，“不是整個系統(tǒng)，而是系統(tǒng)里的核心元器件。”

核探測器技術(shù)是一個綜合性學(xué)科，涉及材料學(xué)、微電子學(xué)、物理學(xué)、模擬計算技術(shù)等。因此，李元景教授說，從事這個行業(yè)注定了要經(jīng)過披荊斬棘才能得到成果。惟其如此，才愈顯意義非凡，因?yàn)樗鼘π袠I(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，“它的提升不是帶動一點(diǎn)，是帶動一片，將帶動整個探測水平的提升。”

建國以來，特別是改革開放以來，中國的經(jīng)濟(jì)取得了巨大的成功。然而，在科學(xué)技術(shù)上，中國在很多領(lǐng)域仍處于跟著發(fā)達(dá)國家跑的階段，其中最薄弱的就是基礎(chǔ)元器件的研發(fā)，往往需要依靠國外進(jìn)口。其中核探測器就是如此。所以，清華大學(xué)輻射物理及探測研究室組建的宗旨就是提升我國探測器的水平和培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人才。10年來研究室緊跟國際先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合無損檢測、安檢、粒子物理等領(lǐng)域?qū)μ綔y器不斷提出的新要求，從無到有，研究各種輻射探測技術(shù)，以元器件開發(fā)為基礎(chǔ)，成功研發(fā)了多種高性能探測器并得以推廣應(yīng)用，為我國核科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

創(chuàng)新與應(yīng)用——國家發(fā)展的推動器

“創(chuàng)新是國家發(fā)展的首要問題。中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展給創(chuàng)新提出了必然要求，不創(chuàng)新走不通了；就像騎自行車，你只要走就不會倒，一旦停下來就會翻車。”

這是李元景對科技創(chuàng)新的獨(dú)到見解。他說，在中國經(jīng)濟(jì)落后時，我們可以實(shí)行拿來主義，以“引進(jìn)、模仿”為突破口；而如今，中國在國際舞臺上無論是政治還是經(jīng)濟(jì)都是一支重要的力量，再想要實(shí)行拿來主義已非常困難，想獲得長足的發(fā)展，惟有自主創(chuàng)新，創(chuàng)新已成為科技發(fā)展的最重要因素。我們必須從“引進(jìn)、模仿”轉(zhuǎn)變到“自主創(chuàng)新”。

輻射物理及探測研究室10年來一直堅持走自主創(chuàng)新的道路，取得一系列科研成果：研制出國內(nèi)首套用于高能X射線成像的鎢酸鉻（CdWO4） 晶體探測器及模塊陣列，為發(fā)現(xiàn)微小缺陷的高能工業(yè)CT提供了高靈敏探測器；研制成功了基于閃爍晶體耦合光電二極管的設(shè)計為基礎(chǔ)的集裝箱/車輛檢查系統(tǒng)的探測器，在提高系統(tǒng)探測靈敏度的同時大大減小了探測器分系統(tǒng)的空間尺寸，極大地提升了系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)；研發(fā)出國內(nèi)首套用于多層螺旋CT的大面積面陣探測器。這些成果攻克了大面積面陣探測器、高速高密度電子學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)，完成了24層大螺旋CT、快速雙能CT、液體CT等功能樣機(jī)的研制。研究室參與研制的研究成果先后獲得了“教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎”、“國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎”、“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎”、“信息產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)發(fā)明”獎、“中國發(fā)明專利金獎”等殊榮。

李元景教授認(rèn)為，獲得各種獎項(xiàng)并不是目標(biāo)，體現(xiàn)出技術(shù)的價值才是科研人員的使命和宗旨。市場是決定創(chuàng)新成敗的最終戰(zhàn)場，用戶是決定創(chuàng)新優(yōu)劣的最好裁判。然而研、產(chǎn)、用脫節(jié)的問題，目前已成為制約我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的瓶頸。全國政協(xié)副主席、中國科學(xué)院院士王志珍指出，我國的科技成果轉(zhuǎn)化率大約在25%左右，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的不足5%，與發(fā)達(dá)國家差距甚遠(yuǎn)。

為了縮短這個差距，在創(chuàng)新研究與產(chǎn)業(yè)化的關(guān)系上，研究室的做法是，創(chuàng)新和“產(chǎn)業(yè)化”相結(jié)合，一步完成。研究室在10年科研歷程中，在取得一系列科研成果的同時，都是在第一時間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。例如前所述CdWO4晶體探測器已被應(yīng)用于各種型號的工業(yè)CT系統(tǒng)中，為我國國防、航空、航天、高鐵等領(lǐng)域的建設(shè)提供了服務(wù)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)。

這種創(chuàng)新和“產(chǎn)業(yè)化”一步完成的方式，大大縮短了產(chǎn)業(yè)化過程。同時，在這個過程中，也能讓研究人員對應(yīng)用有更深入的認(rèn)識，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)課題，變被動式的“做題”到“自己出題自己做”，這大大地鍛煉了研究室成員發(fā)現(xiàn)課題的能力，提高了科研水平。

創(chuàng)新是衡量一個國家科技實(shí)力的第一標(biāo)尺，而只有實(shí)現(xiàn)了研、產(chǎn)、用齊步走，科技創(chuàng)新才能真正推動我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，在激烈的國際市場競爭中贏得主動。

交流合作——連接世界的黏合劑

“引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)不能光用商業(yè)途徑，更要廣開合作之門。通過參與國際項(xiàng)目，一可以把國外先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)來，二可以廣交朋友，拉近與世界前沿的距離。”李元景說。

加強(qiáng)交流與合作是現(xiàn)代科研的內(nèi)在要求和發(fā)展趨勢。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》指出：“增強(qiáng)國家自主創(chuàng)新能力，必須充分利用對外開放的有利條件，擴(kuò)大多種形式的國際和地區(qū)科技合作與交流。”

輻射物理及探測研究室在發(fā)展過程中，一直都非常重視國際合作與交流，在高能物理實(shí)驗(yàn)用探測器研究方面，涉及許多高精尖技術(shù)，研究室正是在跟國外的交流與合作中實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的提高與突破。

在過去的十年中，研究室積極參與國內(nèi)外大型高能物理實(shí)驗(yàn)，與世界上許多高能物理實(shí)驗(yàn)室都建立了良好的合作關(guān)系，例如美國布魯海文國家實(shí)驗(yàn)室、歐洲核子研究中心等。目前，清華大學(xué)輻射物理及探測研究室已是多個國際合作組的成員。通過這些國際合作，研究室大幅提高了學(xué)術(shù)水平，并取得了一系列的成果，例如在“新型微單元結(jié)構(gòu)氣體探測器”的研究中，加工出國內(nèi)第一張性能優(yōu)良的GEM膜；在國內(nèi)首次提出了GEM探測器FET開關(guān)陣列信號讀出方法，設(shè)計并研制成功國內(nèi)第一套性能優(yōu)異的GEM－TPC原型機(jī)等。這些成果為大型高能物理實(shí)驗(yàn)做出了重要貢獻(xiàn)。

此外，在多氣隙電阻板室探測器（M R P C）研究中，從探測器機(jī)理模擬、基本材料研究到性能測試和制作工藝方面都取得了很多成果。研制出了新型低電阻玻璃和目前世界上計數(shù)率最高的MRPC樣機(jī)，目前該樣機(jī)已被FAIRCBM合作組列為建造其飛行時間探測器的唯一選擇。

目前，研究室正在開展的一個重要課題是暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)研究，這是當(dāng)前粒子物理學(xué)、天體物理學(xué)和宇宙學(xué)等學(xué)科的重要前沿研究課題。在開展之初，實(shí)驗(yàn)組就聯(lián)合臺灣中研院物理所和韓國首爾大學(xué)物理學(xué)院，利用韓國的地下實(shí)驗(yàn)室和臺灣國圣核電站附近的符合屏蔽體，開展了這一技術(shù)方案的前期研究，并于2009年在國際著名物理雜志《Physical Review D》發(fā)表了項(xiàng)目組首個暗物質(zhì)研究結(jié)果，在10GeV以下的能量區(qū)間，測量得到了世界最靈敏的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為取得更多有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，2009年，實(shí)驗(yàn)組聯(lián)合二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司，在四川省涼山州錦屏山隧道中建設(shè)了世界上垂直巖石覆蓋最深的中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。研究室牽頭正式組建了我國自主的第一個暗物質(zhì)直接探測項(xiàng)目組——CDEX合作組，聯(lián)合四川大學(xué)、南開大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院等大學(xué)和研究所，在中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，利用噸量級極低能量閾高純鍺探測器開展暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)研究，期望能夠取得國際最好的暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，率先在國際上探測到暗物質(zhì)，或者對當(dāng)前暗物質(zhì)理論進(jìn)行重大檢驗(yàn)。

十年來，清華大學(xué)輻射物理及探測研究室致力于加強(qiáng)國內(nèi)外交流合作，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。海納百川的胸襟，帶來了研究室發(fā)展的新局面、新機(jī)遇和新平臺。

教師與研究生討論問題

教師輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

人才培養(yǎng)——百年清華的落腳點(diǎn)

“我們申請科研項(xiàng)目、開展國內(nèi)外交流、實(shí)行成果轉(zhuǎn)化，實(shí)際上都是為了壯大人才隊伍，培養(yǎng)高素質(zhì)的學(xué)生，這也是清華一百年來發(fā)展的落腳點(diǎn)。”作為老師的李元景說。

當(dāng)今時代，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，人才資源是第一資源。國以才興，業(yè)以才旺。

贏得發(fā)展先機(jī)，占領(lǐng)科技前沿，關(guān)鍵在于擁有一批真正的創(chuàng)新型人才。曾有記者問比爾·蓋茨：“如果讓你從零開始，你還會打造一個微軟王國嗎？”蓋茨沉思一會答道：“可以，但我要從公司帶走100位各類頂尖人才。”可見，大到一個國家，小到一個科研團(tuán)隊，頂尖人才的培養(yǎng)，都是重中之重。

研究室成立之初就制定了一個五年規(guī)劃，希望用幾年的時間把“輻射物理及探測”學(xué)科變成一流的學(xué)科，把輻射物理及探測研究室發(fā)展壯大。朝著這樣的目標(biāo)，研究室積極實(shí)行人才戰(zhàn)略，延聘老專家，培養(yǎng)新生力量。

首先是廣羅老專家，把已退休的著名探測器專家吸引到團(tuán)隊里來。核探測技術(shù)是一個經(jīng)驗(yàn)性的學(xué)科，非常需要老同志的引路，因此，研究室向很多老專家拋出了橄欖枝，并有幸請到了中科院高能物理所李金教授等幾位老一輩科學(xué)家，希望他們能退而不休，發(fā)揮余熱。李元景給老專家們提出了“三個一”：開一門課，帶一個徒弟，寫一本書。在經(jīng)驗(yàn)的傳承中，李元景看重的不光是成功的方法，更重要的是失敗的教訓(xùn)，“你可能做了99次都是失敗的，只有一次成功，我不止希望得到成功的經(jīng)驗(yàn)，也希望把99次失敗寫下來，告訴別人這些路不通，對后來者更加有意義。”這些措施取得很好的效果，研究室在老專家們的引導(dǎo)下，勤奮踏實(shí)，學(xué)術(shù)氣氛濃厚。

探測器室合影

在對年輕的科研人員的培養(yǎng)上，李元景的理念很簡單，那就是：進(jìn)行素質(zhì)培養(yǎng)的同時給年輕人舞臺。所謂素質(zhì)培養(yǎng)就是在培養(yǎng)專業(yè)化素質(zhì)的同時，還注重培養(yǎng)年輕科研人員的三種特質(zhì)：一是激情。保持足夠的激情和好奇心，是發(fā)現(xiàn)問題的重要前提，沒有發(fā)現(xiàn)就沒有創(chuàng)新。二是整合社會資源的能力。一個人的力量是有限的，在工作中要做火種，把大家的激情燃燒起來，才能高效而出色地完成工作。三是具有國際性的視野。現(xiàn)代科學(xué)是交流的科學(xué)，如果沒有

科國際化的視野，是不能適應(yīng)當(dāng)今時代的發(fā)展的。培養(yǎng)出了高素質(zhì)的人才還要給他們施展拳腳的機(jī)會，這就是給年輕人舞臺。對此，李元景詮釋道：“我們主要的工作就是搭臺子，讓他們成為主角去唱戲；給他們提供足夠的支持，讓他們在各自的舞臺發(fā)展壯大。”在這種理念下，研究室的年輕人得以迅速成長，目前研究室的幾位年輕學(xué)者已經(jīng)成為各自研究領(lǐng)域的專家。

在教學(xué)方面，研究室承擔(dān)了清華大學(xué)工程物理系“核輻射物理及探測學(xué)”課程的教學(xué)任務(wù)，在教學(xué)過程中勇于變革，推陳出新，把這門課建設(shè)成了國家級精品課。

在教學(xué)方法與教學(xué)手段上，系統(tǒng)地提出并實(shí)踐了研究型教學(xué)模式，使學(xué)生既掌握了知識又得到了科研素養(yǎng)的熏陶；在教學(xué)過程中，實(shí)行學(xué)生參與的互動型教學(xué)，通過課堂講授與討論、專題研究、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)、學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，對研究型教學(xué)開展了有效的探索和實(shí)踐，形成了“突出重點(diǎn)論述、加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練、理論聯(lián)系實(shí)際、關(guān)注學(xué)科前沿”的特點(diǎn)。經(jīng)過十年的不斷改進(jìn)和完善，課程建設(shè)取得了重要的積極成果，得到同學(xué)廣泛的歡迎和好評，2006年被授予清華大學(xué)精品課程稱號，2008年被評為北京市精品課，2009年成為國家級精品課，為我國核科學(xué)技術(shù)人才的培養(yǎng)作出了積極的貢獻(xiàn)。

采訪最后，李元景教授說：“輻射物理及探測研究室作為清華的一分子，我們致力于把核探測技術(shù)做好做強(qiáng)，使清華核技術(shù)成為世界領(lǐng)先的技術(shù)；給學(xué)生提供更多機(jī)會，培養(yǎng)出更好的核技術(shù)應(yīng)用和探測方面的人才，為國家核探測做出貢獻(xiàn)。”國家的建設(shè)需要人才，百年清華的落腳點(diǎn)就是為國家和社會培養(yǎng)所需要的人才。這是清華的責(zé)任，也是研究室每一個科研人員的責(zé)任。