400kV高压倍加器是中国科学院兰州物理研究室(中国科学院近代物理研究所的前身)创立之初唯一的科研设备,也是我国自主研制的第一台高压倍加器。它不仅在近代物理所的发展进程中起到了关键作用,也在我国早期核物理实验研究中扮演着举足轻重的角色。1950年5月,我国第一个原子能科学研究机构——中国科学院近代物理研究所(1953年更名为“中国科学院物理研究所”,1958年改称为“中国科学院原子能研究所”)在北京成立。为报效祖国,赵忠尧与杨澄中相继回国,投身于我国的核科学事业中,分别担任近代物理研究所实验核物理组组长、副组长。新中国成立初期,我国的原子能科学研究一片空白,设备落后,连一台粒子加速器都没有。在极其艰难的情况下,赵忠尧和杨澄中领导建成了我国第一台质子静电加速器——700kV大气型质子静电加速器。图:700kV大气型质子静电加速器(左)与其研制论文(右)彼时,研制一台400kV高压倍加器作为研究所的五年计划之一,也在紧锣密鼓地进行中。这项工作由杨澄中负责,于1955年正式开始。为了让年轻人理解设计理念,杨澄中一边讲解,一边画出示意草图,并指导年轻人做出详细研制计划、订购设备材料。当时的研制条件非常简陋。除了高压整流管、高压电容器等设备材料是从国外订货,许多零部件无处购置,都是由科技人员自己动手加工制造的。没有可以压制高压屏蔽电极的铝合金板,就用铸铝代替。铸件表面有砂眼,就灌铅堵塞,再用锉刀和砂纸一遍又一遍地打磨,直到合格为止。根据国家发展原子能事业的战略决策和1956年周恩来总理的指示——“除北京附近以外,还应该在兰州设一个原子核科学的点”,兰州物理研究室于1956年秋在中国科学院物理研究所内设立,由杨澄中任室主任。按照计划,兰州物理室将于1957年从北京整体迁往兰州,而正在建造的400kV高压倍加器及其全部工作人员也将调往兰州。因此,尽快建成这台高压倍加器成为兰州物理室筹建中的主要任务之一。1956年底,400kV高压倍加器调束成功,在北京初步建成。物理研究所全所科技人员都为之欢欣鼓舞,认为“这是献给刚成立的兰州物理室的一份新年礼物,也是物理研究所送给兰州物理室的一份‘嫁妆’”。
1957年6月,中国科学院兰州物理研究室在兰州正式成立。400kV高压倍加器被拆卸运至兰州,经重装后,于1958年2月建成并投入运行。这台高压倍加器是当时兰州物理室唯一的科研装置。图:1958年2月,400kV高压倍加器在兰州出束,第一次在靶上看到了束流斑点。利用400kV高压倍加器,兰州物理室在国内率先利用加速器开展核物理实验,进行了快中子物理和低能轻核反应研究。在当时的情形下,开展这些实验研究是相当不易的。那时物理实验人员少,大多先被安排从事加速器、探测器研制等技术工作。除了杨澄中先生这样的少数归国科学家,绝大多数人没有任何在加速器上做实验的经验,只有边学边干。克服条件差、缺经验等种种困难,兰州物理室完成了快中子的产生、探测、屏蔽、截面及能谱测量等多个课题,做出了一系列开拓性的工作。论文:2.52兆电子伏中子的弹性散射角分布的测量(原子能科学技术,1961年)同样重要的是,依托这台自制加速器,兰州物理室积极进行学科筹建、人才培养,为此后的发展奠定了坚实基础。在1958年-1967年近十年的运行中,基于这台加速器,培养了两支分别主攻轻核反应和快中子物理的研究队伍。在近代物理所随后承担的为氢弹研制服务的两项国防科研任务中,正是这两支优秀队伍分别成为两项任务的研究主力,为高质量完成国家任务创造了重要条件。而400kV高压倍加器作为中子源,也在国防科研任务攻坚中发挥了作用。此外,400kV高压倍加器的成功研制,也为这种类型的加速器在国民经济中的推广应用提供了样机和示范,推动了国内小型加速器的应用研究。图:1959年5月,全国高压倍加器现场会议在兰州召开,兰州物理室系统介绍了高压倍加器的研制和运行经验。这是为该会议撰写的《高压倍加器的工作介绍》(1959年4月)。除了400kV高压倍加器,科技人员还研制了多种不同能量的高电压型加速器。1957年冬至1958年,兰州物理室与兰州大学现代物理系合作,建造了一台1100kV高压倍加器。1963年,近代物理所与上海先锋电机厂合作,设计制造了一台双加速管道的600kV高压倍加器,于1965年建成并投入使用。随后,为满足国防科研任务的要求,还设计建造了15-50kV和40-150kV两台高压倍加器。时光荏苒,随着核物理研究领域的拓展与加速器技术的日新月异,高压倍加器已逐渐淡出了人们的视野。然而,这台400kV高压倍加器的重要贡献将永不会磨灭,它见证着研究所初创、我国核物理研究起步时期的峥嵘岁月,它所承载的老一辈科学家艰苦奋斗、勇于开拓等科研精神,值得一代代后来者去追忆,去传承。注:高压倍加器利用倍压整流原理产生的直流高压加速电子、质子、氘核和各种离子,是一种最早建造的低能加速器。致谢:感谢近代物理所原副所长、400kV高压倍加器研制主要参与者邬恩九研究员提供大量资料并审读本文。