创新引领未来 教育践行责任——记清华大学工程物理系辐射物理及探测研究室

本刊记者 李明丽

创新引领未来 教育践行责任
——记清华大学工程物理系辐射物理及探测研究室

本刊记者 李明丽

核探测，一个听上去神秘而高深的领域，其实与我们的生活息息相关，医院里的CT机和透视仪、机场里的安检设备、房屋装修后检测有无超标有害物质的仪器等等，这些在我们日常生活中常见的仪器设备，它们使用的都是核探测技术，这些仪器的核心部件都是核探测器。核探测器的水平直接影响这些设备的精度。

清华大学工程物理系辐射物理及探测研究室从2001年组建以来，以国家的需求为基石，积极寻找创新突破口，实现科研创新与产业化的同步实施，积极开展交流与合作，最后以人才培养为落脚点，走出了一条新时代科研团队的建设之路。

基础研究——行业核心的竞争力

“国家之间科技竞争的核心竞争能力最后都体现在基础器件和材料上，所以我们做基础元器件的研究非常重要，是国家最需要的东西。”

当被问及为什么会选择核探测器这个研究方向时，清华大学辐射物理及探测研究室主任李元景教授这样回答。

李元景是一个地地道道的“清华人”，学于清华，成于清华，自1990年毕业于清华大学工程物理系核电子学专业一直在清华大学工程物理系从事辐射探测、辐射成像及安全检测设备研究方面的工作。多年的科研经历使李元景认识到，系统设备的好坏取决于它核心元器件的水平，没有好的元器件，整个系统就没有扎实的基础作为支撑，研发必然缺乏后劲。因此，系统设备的核心竞争力，“不是整个系统，而是系统里的核心元器件。”

核探测器技术是一个综合性学科，涉及材料学、微电子学、物理学、模拟计算技术等。因此，李元景教授说，从事这个行业注定了要经过披荆斩棘才能得到成果。惟其如此，才愈显意义非凡，因为它对行业的发展至关重要，“它的提升不是带动一点，是带动一片，将带动整个探测水平的提升。”

建国以来，特别是改革开放以来，中国的经济取得了巨大的成功。然而，在科学技术上，中国在很多领域仍处于跟着发达国家跑的阶段，其中最薄弱的就是基础元器件的研发，往往需要依靠国外进口。其中核探测器就是如此。所以，清华大学辐射物理及探测研究室组建的宗旨就是提升我国探测器的水平和培养相关领域的技术人才。10年来研究室紧跟国际先进技术，结合无损检测、安检、粒子物理等领域对探测器不断提出的新要求，从无到有，研究各种辐射探测技术，以元器件开发为基础，成功研发了多种高性能探测器并得以推广应用，为我国核科学与技术学科的发展做出了重要贡献。

创新与应用——国家发展的推动器

“创新是国家发展的首要问题。中国经济的持续快速发展给创新提出了必然要求，不创新走不通了；就像骑自行车，你只要走就不会倒，一旦停下来就会翻车。”

这是李元景对科技创新的独到见解。他说，在中国经济落后时，我们可以实行拿来主义，以“引进、模仿”为突破口；而如今，中国在国际舞台上无论是政治还是经济都是一支重要的力量，再想要实行拿来主义已非常困难，想获得长足的发展，惟有自主创新，创新已成为科技发展的最重要因素。我们必须从“引进、模仿”转变到“自主创新”。

辐射物理及探测研究室10年来一直坚持走自主创新的道路，取得一系列科研成果：研制出国内首套用于高能X射线成像的钨酸铬（CdWO4） 晶体探测器及模块阵列，为发现微小缺陷的高能工业CT提供了高灵敏探测器；研制成功了基于闪烁晶体耦合光电二极管的设计为基础的集装箱/车辆检查系统的探测器，在提高系统探测灵敏度的同时大大减小了探测器分系统的空间尺寸，极大地提升了系统的总体性能指标；研发出国内首套用于多层螺旋CT的大面积面阵探测器。这些成果攻克了大面积面阵探测器、高速高密度电子学等关键技术，完成了24层大螺旋CT、快速双能CT、液体CT等功能样机的研制。研究室参与研制的研究成果先后获得了“教育部科学技术进步一等奖”、“国家技术发明奖一等奖”、“国家科学技术进步一等奖”、“信息产业重大技术发明”奖、“中国发明专利金奖”等殊荣。

李元景教授认为，获得各种奖项并不是目标，体现出技术的价值才是科研人员的使命和宗旨。市场是决定创新成败的最终战场，用户是决定创新优劣的最好裁判。然而研、产、用脱节的问题，目前已成为制约我国建设创新型国家的瓶颈。全国政协副主席、中国科学院院士王志珍指出，我国的科技成果转化率大约在25%左右，真正实现产业化的不足5%，与发达国家差距甚远。

为了缩短这个差距，在创新研究与产业化的关系上，研究室的做法是，创新和“产业化”相结合，一步完成。研究室在10年科研历程中，在取得一系列科研成果的同时，都是在第一时间实现产业转化。例如前所述CdWO4晶体探测器已被应用于各种型号的工业CT系统中，为我国国防、航空、航天、高铁等领域的建设提供了服务，产生了良好的经济效应和社会效应。

这种创新和“产业化”一步完成的方式，大大缩短了产业化过程。同时，在这个过程中，也能让研究人员对应用有更深入的认识，在应用中发现课题，变被动式的“做题”到“自己出题自己做”，这大大地锻炼了研究室成员发现课题的能力，提高了科研水平。

创新是衡量一个国家科技实力的第一标尺，而只有实现了研、产、用齐步走，科技创新才能真正推动我国经济社会发展，在激烈的国际市场竞争中赢得主动。

交流合作——连接世界的黏合剂

“引进国外先进技术不能光用商业途径，更要广开合作之门。通过参与国际项目，一可以把国外先进技术引进来，二可以广交朋友，拉近与世界前沿的距离。”李元景说。

加强交流与合作是现代科研的内在要求和发展趋势。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出：“增强国家自主创新能力，必须充分利用对外开放的有利条件，扩大多种形式的国际和地区科技合作与交流。”

辐射物理及探测研究室在发展过程中，一直都非常重视国际合作与交流，在高能物理实验用探测器研究方面，涉及许多高精尖技术，研究室正是在跟国外的交流与合作中实现了技术的提高与突破。

在过去的十年中，研究室积极参与国内外大型高能物理实验，与世界上许多高能物理实验室都建立了良好的合作关系，例如美国布鲁海文国家实验室、欧洲核子研究中心等。目前，清华大学辐射物理及探测研究室已是多个国际合作组的成员。通过这些国际合作，研究室大幅提高了学术水平，并取得了一系列的成果，例如在“新型微单元结构气体探测器”的研究中，加工出国内第一张性能优良的GEM膜；在国内首次提出了GEM探测器FET开关阵列信号读出方法，设计并研制成功国内第一套性能优异的GEM－TPC原型机等。这些成果为大型高能物理实验做出了重要贡献。

此外，在多气隙电阻板室探测器（M R P C）研究中，从探测器机理模拟、基本材料研究到性能测试和制作工艺方面都取得了很多成果。研制出了新型低电阻玻璃和目前世界上计数率最高的MRPC样机，目前该样机已被FAIRCBM合作组列为建造其飞行时间探测器的唯一选择。

目前，研究室正在开展的一个重要课题是暗物质探测实验研究，这是当前粒子物理学、天体物理学和宇宙学等学科的重要前沿研究课题。在开展之初，实验组就联合台湾中研院物理所和韩国首尔大学物理学院，利用韩国的地下实验室和台湾国圣核电站附近的符合屏蔽体，开展了这一技术方案的前期研究，并于2009年在国际著名物理杂志《Physical Review D》发表了项目组首个暗物质研究结果，在10GeV以下的能量区间，测量得到了世界最灵敏的暗物质实验结果。为取得更多有效的实验数据，2009年，实验组联合二滩水电开发有限责任公司，在四川省凉山州锦屏山隧道中建设了世界上垂直岩石覆盖最深的中国锦屏地下实验室。研究室牵头正式组建了我国自主的第一个暗物质直接探测项目组——CDEX合作组，联合四川大学、南开大学、中国原子能科学研究院等大学和研究所，在中国锦屏地下实验室，利用吨量级极低能量阈高纯锗探测器开展暗物质直接探测实验研究，期望能够取得国际最好的暗物质直接探测实验结果，率先在国际上探测到暗物质，或者对当前暗物质理论进行重大检验。

十年来，清华大学辐射物理及探测研究室致力于加强国内外交流合作，促进实验室建设。海纳百川的胸襟，带来了研究室发展的新局面、新机遇和新平台。

教师与研究生讨论问题

教师辅导学生实验

人才培养——百年清华的落脚点

“我们申请科研项目、开展国内外交流、实行成果转化，实际上都是为了壮大人才队伍，培养高素质的学生，这也是清华一百年来发展的落脚点。”作为老师的李元景说。

当今时代，科学技术是第一生产力，人才资源是第一资源。国以才兴，业以才旺。

赢得发展先机，占领科技前沿，关键在于拥有一批真正的创新型人才。曾有记者问比尔·盖茨：“如果让你从零开始，你还会打造一个微软王国吗？”盖茨沉思一会答道：“可以，但我要从公司带走100位各类顶尖人才。”可见，大到一个国家，小到一个科研团队，顶尖人才的培养，都是重中之重。

研究室成立之初就制定了一个五年规划，希望用几年的时间把“辐射物理及探测”学科变成一流的学科，把辐射物理及探测研究室发展壮大。朝着这样的目标，研究室积极实行人才战略，延聘老专家，培养新生力量。

首先是广罗老专家，把已退休的著名探测器专家吸引到团队里来。核探测技术是一个经验性的学科，非常需要老同志的引路，因此，研究室向很多老专家抛出了橄榄枝，并有幸请到了中科院高能物理所李金教授等几位老一辈科学家，希望他们能退而不休，发挥余热。李元景给老专家们提出了“三个一”：开一门课，带一个徒弟，写一本书。在经验的传承中，李元景看重的不光是成功的方法，更重要的是失败的教训，“你可能做了99次都是失败的，只有一次成功，我不止希望得到成功的经验，也希望把99次失败写下来，告诉别人这些路不通，对后来者更加有意义。”这些措施取得很好的效果，研究室在老专家们的引导下，勤奋踏实，学术气氛浓厚。

探测器室合影

在对年轻的科研人员的培养上，李元景的理念很简单，那就是：进行素质培养的同时给年轻人舞台。所谓素质培养就是在培养专业化素质的同时，还注重培养年轻科研人员的三种特质：一是激情。保持足够的激情和好奇心，是发现问题的重要前提，没有发现就没有创新。二是整合社会资源的能力。一个人的力量是有限的，在工作中要做火种，把大家的激情燃烧起来，才能高效而出色地完成工作。三是具有国际性的视野。现代科学是交流的科学，如果没有

科国际化的视野，是不能适应当今时代的发展的。培养出了高素质的人才还要给他们施展拳脚的机会，这就是给年轻人舞台。对此，李元景诠释道：“我们主要的工作就是搭台子，让他们成为主角去唱戏；给他们提供足够的支持，让他们在各自的舞台发展壮大。”在这种理念下，研究室的年轻人得以迅速成长，目前研究室的几位年轻学者已经成为各自研究领域的专家。

在教学方面，研究室承担了清华大学工程物理系“核辐射物理及探测学”课程的教学任务，在教学过程中勇于变革，推陈出新，把这门课建设成了国家级精品课。

在教学方法与教学手段上，系统地提出并实践了研究型教学模式，使学生既掌握了知识又得到了科研素养的熏陶；在教学过程中，实行学生参与的互动型教学，通过课堂讲授与讨论、专题研究、网络辅助教学、学生自主实验等教学环节，对研究型教学开展了有效的探索和实践，形成了“突出重点论述、加强基础训练、理论联系实际、关注学科前沿”的特点。经过十年的不断改进和完善，课程建设取得了重要的积极成果，得到同学广泛的欢迎和好评，2006年被授予清华大学精品课程称号，2008年被评为北京市精品课，2009年成为国家级精品课，为我国核科学技术人才的培养作出了积极的贡献。

采访最后，李元景教授说：“辐射物理及探测研究室作为清华的一分子，我们致力于把核探测技术做好做强，使清华核技术成为世界领先的技术；给学生提供更多机会，培养出更好的核技术应用和探测方面的人才，为国家核探测做出贡献。”国家的建设需要人才，百年清华的落脚点就是为国家和社会培养所需要的人才。这是清华的责任，也是研究室每一个科研人员的责任。