作者:刘孜铭 馨雨 来源:《国科大》 发布时间:2022/12/22 17:29:34
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魏龙:精细与有恒的核技术追光者

 

编者按:1950年的春末,被誉为中国物理学研究“开山祖师”的吴有训从上海赶赴北京,担任方才成立的中国科学院近代物理研究所所长。40余年后,一名留学归来的后生只身步入已更名的中国科学院高能物理研究所(以下简称“高能物理研究所”),在这个静谧的院子里,以一腔热血书写着吴有训为中国核物理铺开的未竟篇章。

当吴有训先生1973年逝世之时,出生于山东的魏龙方才8岁,或许彼时他也不曾想到,自己将来会成为吴先生的后生,进入高能物理研究所;不曾想过会成为高能物理研究所研究员、党委书记,担任中国科学院大学(以下简称“国科大”)核科学与技术学院副院长、岗位教授,沿着核技术应用这条路一直走下去。

2022年,中国物理学会决定将“吴有训奖”授予魏龙,以表彰其在核技术、核成像及其应用研究,以及在材料电子结构及微观缺陷研究方面作出的成果。这份跨越半个世纪的认可和肯定,终于在今天交到了魏龙身上。

从望尘莫及到望其项背

数十年来,中国核物理及核技术领域取得了翻天覆地的变化,在这之中不乏魏龙的身影。国内首台慢正电子强束流装置、首台动物PET扫描仪、首台动物SPECT-CT扫描仪、首台乳腺专用PET扫描仪,国际首台动物活体能谱显微CT系统、首台加速器CT岩石力学实验系统,等等,这些国内外首屈一指的成就都由魏龙带领团队取得。他们研制的精密无损检测设备被用于扫描三星堆等遗迹文物,他们研制的射线成像设备和探测仪器被用来做核燃料检测和矿物勘查。

与物理学结缘,还要从40多年前,魏龙踏进兰州大学物理系时讲起。

始建于1946年的兰州大学物理系具有相当雄厚的师资力量,曾为新中国培养了一大批物理学方面的人才。学业成绩优异的魏龙顺利获得了首批推免生资格,得以在兰州大学完成本硕连读。对于他来说,那段时光是充实而平淡的。

1988年,取得硕士学位后留校任教的魏龙被公派前往日本筑波大学深造。彼时中国已经完成了“两弹一星”的发射,中国的国防科技也屹立于世界强国之林。当时,“学好数理化,走遍天下都不怕”的思想流行全国,国家、学校、家长都非常重视数理类学科,然而,在筑波大学,魏龙仍然深刻感受到,中国在物理学及工程技术领域同其他国家有着巨大差距。

“那时,我们的研究水平只是能勉强跟上。”魏龙回忆起前往日本筑波大学留学访问之前的经历,一个细节让他印象深刻,“过去,学术交流都靠纸质文献,然而,对于很多高校来说,直接购买外文期刊很难。一本期刊往往要被多次传阅,很多前沿领域的成果和想法,国内都要比国外晚几个月才能接触到。”

在留学期间,魏龙利用各种机会,如饥似渴地学习最前沿领域的知识,“现在的年轻人或许很难体会,互联网带来了多么巨大的便利,尤其是在科研领域。”魏龙说道,“依靠互联网,现在能够实时进行学术交流,再也不必等待论文漂洋过海了。”

有趣的是,互联网就是诞生在高能物理研究的襁褓之中,无论国内国外。1988年欧洲核子中心实现了北美同欧洲的工作站交互,同样的信息沟通架构很快在各个高能物理机构之间架设起来,同样在建设粒子对撞机的高能物理研究所也赶了一波时髦,在所内组建了一台网络工作站。

“那时候电子邮件开始流行,且跨国通讯免费,所以我就顺势学习了怎么使用。”魏龙当时使用的还是筑波大学搭建的名为SAKURA的网络工作站,而这一工作站现在已经升级为著名的大型Zengaku系统。“当时国内能使用电子邮件的只有高能物理研究所的北京正负电子对撞机实验室,也只有为数不多的人在使用,对许多海外学子来说,正负电子对撞机国家实验室是非常‘高大上’的单位!北京正负电子对撞机在国际上知名度颇高,而且并不仅局限于高能物理领域,其影响力的提升也得益于电子邮件把它的名声传播了出去。”

魏龙回国之后,在中关村的高能物理研究所核技术应用研究部继续工作,那里有价格昂贵的VAX工作站可以随意使用,这个条件对于当时的国内实验室来说是不多见的。感受到互联网的便捷性,也意识到互联网潜力的魏龙又陆续搭建了基于个人计算机的服务器,其中就有他在中关村的高能物理研究所应用部搭建的邮件服务器(域名为ihepa.ac.cn,以区别于高能所本部的域名ihep.ac.cn)。“那时候上网还需要电话拨号,电子邮件从国外先汇入高能所的服务器,用户再拨号到高能所上网收取电子邮件。所以我进入IT(信息技术)领域可是相当早了。”魏龙笑着说道,“要是不搞物理,转行在中关村从事计算机相关工作,可能会赚很多钱。不过仔细想来,我的兴趣是物理,一旦喜欢上了就不再改变。”事实上,魏龙搭建这些工作站,主要目的还是为了方便科研工作,而他当时最感兴趣的,便是正电子湮没谱学相关的研究,而高能物理研究所正是当时国内正电子谱学研究领域的“老大哥”单位。

“高能物理研究所是一个学术氛围非常自由的单位,有非常大的包容性。一些新的想法,总能得到重视,如果想法合适也总能得到支持。”当时魏龙便有一个想法,就是基于北京正负电子对撞机的电子直线加速器,或者利用北京自由电子激光装置的电子直线加速器,来建立一台我们国家自己的强束流慢正电子装置,提高我们的材料微观结构表征技术水平,这个想法也得到国内正电子学界一些重要单位,包括清华大学、中国原子能科学研究院、北京航空航天大学等的认可和鼓励。高能物理研究所经过技术论证,及时给予了实验场地和经费上的大力支持。

这对当时刚回国的年轻人来说是非常难得的,即使在国外,这样的大型装置项目也需要由资深科学家领衔才能得以实施。强束流慢正电子装置的建立可谓高能物理所为推动正电子谱学研究做的一件大事。

无论国外有没有,我们都要有

千禧年之际,时任攀登计划项目——“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”首席科学家唐孝威院士建议魏龙着重关注一下PET技术,“因为我的研究内容涉及正电子的相关测量分析技术,而PET技术刚好需要这部分知识。”魏龙说道。

所谓PET技术,是正电子发射断层扫描技术的简称,这是一种利用正电子湮没光子的辐射特性,应用于核医学临床检查的成像技术,也是一种用解剖形态方式进行功能、代谢和受体成像的技术。PET技术跟传统医学使用的CT(电子计算机断层扫描)技术完全不同,CT技术是一种结构成像,可以得到扫描位置的骨骼、肌肉和血管的细节结构图像;而PET技术是一种功能成像,在进行PET检查的时候需要为待检测体注射放射性示踪剂,这些药物会参与生命活动并在生物体内衰变释放出正电子,然后依靠影像扫描仪就可以检测出各个部位或器官的正电子湮没光子辐射强度分布图像,进而研究它们的新陈代谢过程,可以对疾病进行早期诊断,发现肿瘤等疾病。

这项技术在上世纪50年代便已有理论基础,1961年美国布鲁克海文国家实验室的詹姆斯·罗伯逊就和同事们建成了世界上第一台PET扫描设备,到了70年代末这项技术在欧美就已经被广泛应用于核医学领域了,2000年由大卫·汤森和罗纳德·纳特发明的PET-CT扫描仪更是被《时代周刊》评选为年度医学发明。

上世纪80年代,高能物理研究所的赵永界研究员也曾在PET设备上投入了大量精力,并且完成了第一台能够实现PET原理的设备,这台设备还曾在中日友好医院进行了一系列的实验。然而受当时国内大环境的影响,对于这项技术的重视程度并不够高,同时也没有足够多的人力、物力来投入后续的研究,因此PET技术的进一步研究就被搁置了,直到本世纪初唐孝威院士找到了魏龙。“那时我还在进行正电子作为探针的材料微观缺陷研究,利用正电子探针对材料的微观缺陷进行分析。虽然有些技术摸索,但都是很零星的,得到唐先生鼓励之后,课题组才正式投入到PET技术工程领域中来。”这一研究方向得到了研究所领导的大力支持,并对其给予了长期稳定的扶持以期发展。

那是一个奋起直追的时代,中国科研在众多领域都经历了一个从落后脱节到望其项背,直至逆风反超的过程,但实现反超的背后却是无数科研人员的坚持和努力。“在攻坚PET扫描仪的时候我还年轻,体力也好,能熬夜。”回忆起开发第一台PET设备时的夜晚,魏龙不禁感慨,“基本上晚上一加班,就加到天亮了。”高能物理研究所不远处的玉泉路地铁站出口有一家烤鸭店,通宵后的清晨,魏龙常带着学生们一起去吃早餐。“那家店的早餐相当美味,吃完早餐,大家本来说要回去休息,结果一有人说想接着干,大伙儿就又都上工了。”夜以继日的拼搏之下,不到3年时间,魏龙就带领团队完成了国内首台高分辨动物PET系统,随后又连续攻克技术难关,取得了更多国内首台的成果。

当第一台PET扫描仪被“攒”出来的时候,最欣喜若狂的除了魏龙,还有北京协和医院的王世真院士。被誉为“中国核医学之父”的王世真曾在1998年带领19名院士建立了国内第一个PET中心。但是有了机构,没有设备却是万万不行的。“一来国外的PET设备还不能够满足商用,二来国内的经济水平还有外汇储备都跟不上,毕竟PET设备那时候可以说是天价,一个研究所或者高校买这样一台设备是不现实的。”魏龙解释道,“所以当王世真先生听说我们‘攒’出来第一台动物用PET设备的时候,他是相当兴奋的。”作为为数不多亲身使用过PET设备的专家,王世真的评价在魏龙心里举足轻重。

空口无凭,王世真决定亲自前往高能物理研究所,看一看这台设备——小型正电子断层扫描仪——究竟如何。“王先生来的时候,穿着长款西装上衣,戴了一顶宽檐儿礼帽,手中还握着一柄拐杖。”如此正式着装,更增加了魏龙及同事们对王世真先生的敬仰。在小型正电子断层扫描仪的专家验收报告中,王世真给予了极高的评价:“该设备的关键技术指标达到了国际同类设备的先进水平。尤其是,采用的特殊光导技术的探测器处于国际领先水平。”

然而,刚建成的设备,就像一个呱呱坠地的婴儿,魏龙团队对其爱不释手;但他也深知,让设备物尽其用也是必要的。随后,这台小型正电子断层扫描仪被积极投入到相关实验研究当中“服役”多年,在协和医院王世真先生的实验室中也安置了一段时间。虽然不是一台大型设备,但还是受到很多老科学家的关心、关注和鼓励。“从另一个角度来说,那是当时国内唯一一台动物PET设备,还是非常稀奇的。”魏龙说道,“这台设备至今还可以正常使用,可以进行一些需要PET检测的生物研究。”

众多国内首创、世界首创的背后,是难以计数的困难、失败与“卡脖子”。“失败很多,困难也很多,而且有些教训很是惨痛。”后来参与PET设备研制的国科大研究生导师、高能物理研究所副研究员王英杰说道,彼时他还只是一名博士生,“魏老师这么执着于建造‘首台’设备是有原因的,他真的经历了太多。”王英杰举了个例子,在组装PET设备过程中,光电倍增管这一器件是必须的,然而当时国内制造的光电倍增管性能不高,只能从日本进口。

“那时这些精密器件几乎完全依赖进口,而一般我们都拿不到最好的‘货’。”王英杰苦笑了一下,“如果只买一支,光电倍增管我们测试结果总是好的,但如果一次购买几百几千支,并且需要它们性能一致的时候,就很容易出问题了。而且国外厂家总是要求我们在签订最终用户协议时注明产品用途。”也正因为这样的原因,魏龙对于技术“卡脖子”一事总是看得很重。“他经历过这些事,他知道有些事情即使现在没有发生,如果不加防备,以后早晚是要吃亏的。”王英杰回想起魏龙这些年的诸多首创经历,不禁感慨:“所以说,国外有的,老魏要在国内做一台;国外没有的,即使失败他也要去试一试。”

痴迷新技术,喜欢和学生在一起

从1995年进入高能物理研究所从事科学研究,魏龙至今已经培养了包括50余名博士的一大批青年学者,如今,很多学生也与他一样,已经成为博士生导师,他总说喜欢和学生在一起工作、交流。

严谨但不沉闷,是魏龙团队的一贯氛围。在课题组里,他被学生们称为“老魏”或是“魏老”。“魏老”也常常被学生安排“干活儿”。博士生潘维燕热心活泼,常会辅助做一些学生工作。“导师要帮学生处理一些课程审批等事务,考虑到魏老比较忙,我把每一步给列好,然后告诉魏老他先干啥,再干啥,魏老总是很配合。”潘维燕说,“在魏老的团队里,老师、领导和学生之间没有所谓上下级关系,魏老虽然很忙,但我们想跟他聊啥都能聊,除了学习,还有生活、找女朋友等,他有时候还会给我们建议。”

魏龙被学生们当做“家人”,私下里,学生们在朋友圈晒猫、晒美食、晒生活,从不“屏蔽”魏龙。“我的学生邹艺滑板技术特别好。”魏龙回忆着,“疫情开始之后,她整天在朋友圈晒猫晒吃的。可她科研上倒是一点儿没落下,我每次问她‘某某工作搞完没’,回复一定是已经完成了。”同邹艺是好友的韩笑柔,在大学三年级参加高能物理所组织的夏令营时一眼相中了魏龙,从此一入师门便是六年有余,现在已经是组里的博士后大师姐了。她还身兼魏龙的乒乓球老师,“老魏”一有机会就会向她请教技术,切磋球技。

“我支持学生们多做一些课外活动。我们那时候条件不允许,学校的文化活动不是很多。”研究生阶段时,魏龙担任过学校研究生会的外联部长,他的工作就是周末学校办舞会时,保证音响不出问题,用他的话来说,就是“搞技术活儿”。

“我对团队的学生一视同仁,不管是不是我的学生。”魏龙还记得,王英杰读博时的导师并非是自己,但魏龙觉得他踏实认真、有学术潜力,兴趣着重点也一致,有时对他的指导甚至超过了自己的学生,王英杰也不负所望,如今成为团队中的科研骨干。

魏龙曾被授予“中国科学院朱李月华优秀教师奖”和“中国科学院优秀导师奖”,以表彰其在培养学生方面所作出的贡献。秉持着“不放弃一个人才”的培养理念,魏龙在团队建设和人才培养方面,逐渐形成了一支在正电子谱学领域和射线成像领域具有国际前沿水平的科研骨干队伍,研究方向包括正电子谱学方法、射线成像方法、探测器技术、成像核电子学等。这支团队在核仪器设备的核心部件开发、整机系统研制、应用技术研究等方面取得了一系列成果并获得一批知识产权授权。

除了在高能物理研究所与国科大的职务,魏龙还担任了国家原子能机构核技术(核探测与核成像)研发中心主任以及北京市射线成像技术与装备工程研发中心的主任。身兼多职的他即便日夜操劳,也一定要每年给国科大的学生开设一门课程,同刚进入国科大的科研“新兵蛋子”们见上一面。他每年在核科学与技术学院开设核心课程《辐射成像原理与技术》,还为新生们讲授《工程伦理-核能》。

高能物理研究所与国科大玉泉路校区前后一墙之隔,为了吸引更多优秀的国科大本科生参与高能物理科研工作,在科研人员们的办公室还是比较紧张的情况下,魏龙给研究所建议,高能物理研究所多学科大楼专门批出半层楼作为实践基地,给国科大本科生使用。这个建议得到了研究所的支持。“我们真的非常欢迎国科大的本科生,能够来到高能物理研究所的多学科大楼,利用这些科教融合资源。”魏龙说道。

之所以如此专注于培养人才,是因为在魏龙心中,那份因为前沿科学技术受人所限带来的危机感始终无法消散。“很多技术我们甚至被卡在了‘脚脖子’上!”魏龙表示,高端设备的自主可控始终是他最关心的事情。高能所的济南研究部已经正式投入运行。在这里,“核医学影像”“工业精密检测”和“辐射安全监测”等研究方向的相关技术成果,其产业化“最后一公里”将被打通。

在魏龙办公室的一面墙上,张贴着济南研究部的俯瞰效果图。魏龙时常驻足在前,心中擘画着这场激烈的“卡脖子”技术攻坚战发展蓝图——他坚信,胜利就在不久的将来。

记者手记:

“我走了,你们就能放开聊天了。”“我们不都是当面‘吐槽’你嘛!”这是魏龙把记者带到他的学生面前时,他同王英杰的一段对话。如老友之间的“戏谑”,却尽显两人之亲密。谈起学生,魏龙总是满脸骄傲和自豪。在前往实验室的路上,我们遇上了魏龙现在的学生向宇,他充满自豪地向记者介绍:“这小子可真是不得了,刚发表的一篇文章,很受领域内专家重视。人家已经快编写完了的一本书,一看到他的文章发表,马上联系我们要把这篇论文扩充加进去。”魏龙还是个坚定的实用主义者,他垫高显示器和电脑机箱用的是捡回来洗干净的板砖……

魏龙在采访中,曾提及以往腿部骨折的经历,他却对伤痛只字不提,反而将当时拍摄的腿部X光图片放入课件,作为实例来给学生讲解X射线的成像原理。也许正是这样的氛围,才使得整个团队都能凝聚在一起,攻克难关。

无数个静谧的夜晚,魏龙办公室彻夜未熄的日光灯一直引领着团队前进的方向。中国科研实现的一次次赶超、一次次见招拆招,掰开那一双双卡脖子的手,背后都是这些科研工作者夜以继日挥洒的汗水,每每想到这些便不由为之动容。(作者系国科大记者团成员)

 
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