『超大转帖』中国花6亿元拆装400米粒子大炮(1)

　　■它被称为继“两弹一星”后，共和国最重大的科学工程；
　　■它被看作揭开宇宙诞生奥秘的金钥匙；
　　■它被世界物理界公认为世界八大高能物理研究中心之一；
　　■它的功率超过了拥有千万人口的北京全市最大用电负荷的1%；
　　它———就是中科院高能物理所的北京正负电子对撞机。上世纪80年代，国家曾投入2.4亿人民币兴建它；现在国家将再次投入6.4亿人民币提升它的性能；到2008年，改造后的北京正负电子对撞机的性能将比目前提高100倍。
　　目前，这项国家重大科学工程正在进行设备拆装的重大改造。本报科学记者独家深入地下，亲历工程现场，为您揭开它的神秘面纱。
　　繁华的玉泉路，每天人来人往，络绎不绝。大多人不知道，就在这条路北不远处，十几米深的地下，一门“超级粒子大炮”正在高速运转着。这门“大炮”长达442米，整体轮廓像一个巨型的羽毛球拍。数以10亿计的电子，沿着球拍状的轨道以近光速的速度激烈运动着、碰撞着，24小时不停息。这门“大炮”就是北京正负电子对撞机。科学家们希望从这些粒子电光火石般的激烈的碰撞中还原出宇宙大爆炸初始的状态。

　　工人正在擦拭要装在核心探测器外的巨大永磁铁

　　记者试穿价值3000元重达30斤的防辐射铅衣

　　罗小安说，这里就是加速器的起点

　　隧道中当心射线的标牌异常醒目，系统运行时，数以10亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞

　　隧道中的警灯
　　现在这门“大炮”正在拆装换新。
加速器

　　藏在职工住宅区地下

　　在中科院高能物理研究所园区的西北角，有一排很不起眼的灰色平房。隔着一道墙不到30米外就是高能所的职工住宅区。这里长年都非常寂静，但实际上，高速运转的加速器就隐藏在这排平房的地下。

　　经过身份认定，记者跟随北京正负电子对撞机工程办公室主任罗小安副研究员，穿过平房外一个不起眼的小门，进入平房中。探过连续3段向下的楼梯，又经过一扇隔离门，记者才终于走进了对撞机隧道。隧道足有两人高，走在里面一点也不会觉得局促。又向前走了几米，罗小安指着一个管状的仪器说，这里就是整个加速器的起点。大炮一样的仪器是电子枪，就是它将电子打入加速管。

　　记者看到，加速管的直径并不大，截面大约只相当于1元硬币。据介绍，当对撞机启动时，数以10亿计电子组成的电子束的截面直径还不到一毫米。但不要以为这样多的电子在如此小的截面上相撞很容易。事实上更多的时候正负电子都擦肩而过。专家解释说，如果从微观的角度观察电子束就会发现，由于同种电荷的电子之间互相排斥，事实上同一个电子束中不同电子之间还隔着很远。所以电子要撞上并不容易。数以10亿计的电子束以光速在对撞机中运动，每秒只能撞上125万次，而其中只有10到20次为有效撞击。

　　　加速管只有中国可批量制造

　　罗小安介绍说，对撞机202米长的直线加速器由56根3米多长的加速管组成。当加速器系统启动时，电子枪就会将电子打入加速管，而电子经过第一根加速管后速度就已经接近光速。然后每经过一根加速管，电子的速度就会向光速更接近一些，直到发生碰撞。他说，这种加速管的加工要求极高，因为稍有偏差就可能导致能量损失甚至产生意外的辐射，因此加速管除了结构复杂外，加工精度要求达到0.005毫米。为了保证性能，加速管还必须用金刚石刀切割。目前这种加速管只有中国可以批量制造。美国和日本一些高能物理研究基地所用的加速管都必须从中国进口。

　　　隧道中警灯、紧急按钮密布

　　跟着专家在长长的隧道中行走，不时出现的隔离门、警灯和紧急按钮让人对隧道产生浓厚的神秘感。罗小安说，各种安全措施并不只是防止有人入侵，更是为了保证科研人员的安全。他说，由于电子对撞机运行时会产生辐射，因此一旦开机整个隧道中严禁有人。

　　据介绍，每次加速器开机前，首先报警器和高音喇叭会在隧道中响起，提醒隧道中的工作人员撤离。然后，为了防止仍有人滞留隧道，控制室还要派人沿着隧道走一遍，并且每过一段隧道都要刷卡确认。此外，对撞机采用了先进的门锁联动系统，当机器运行时，如果有人打开了隧道的隔离门，整个加速器就将立即停止工作。并且隧道内安装了紧急按钮，人员一旦发现自己仍在隧道而机器已经启动，只要按下紧急按钮就可以将机器关机。而即使这样，开机后控制室还要通过监控摄像头不断扫描隧道内的情况。记者数了数，整个系统一共采取了5套安全措施。

　　工人身着15公斤铅衣

　　拆除关键部件
　　与一般工程的拆装不同，罗小安告诉记者，对撞机系统的设备拆除有严格的安全要求。他解释说，电子对撞机与原子反应堆相比，非常安全。但为了防止可能的辐射，整个隧道都已经用一米厚的混凝土或者几厘米厚的铅板屏蔽。上面再覆盖几米厚的土层，因此地面上非常安全。但为了保证施工工人安全，改造工程进行前，环境监测工程师都要用辐射计量设备扫描整个隧道，一旦发现辐射指数较高的地点就立即标出。而到相应地点施工的工人就必须穿上特别的铅衣服。

　　记者试穿了一下铅衣。重，整套衣服足有15公斤重。闷，从头到脚穿戴起来，还要戴上特别的口罩，一下就觉得呼吸困难。罗小安说，工人有时候要穿着这样的衣服在隧道里工作几个小时，真正是汗如雨下。别看这套衣服穿着难受，一套就价值3000元。

　　世上率先完成

　　SARS病毒蛋白结构测定

　　在隧道行走，记者发现，整个隧道的结构并不规则。在直线加速器与储存环交界处，隧道出现了一个分岔。而沿着储存环隧道，一些墙壁还被建成了锯齿状。罗小安说，加速器在运行过程中电子会发生同步辐射损失一部分能量，这原本是加速器的致命缺点。但科学家们却想到了变废为宝的办法。隧道的分岔和那些锯齿状的墙壁都有管道与加速器相连。对撞机运行期间辐射的能量，顺着管道被引入了特别的同步辐射实验室。利用同步辐射的能量，科学家们可以进行生物大分子结构测定等各项研究。2003年，在SARS病毒防治战役中，科学家们利用正负电子对撞机同步辐射，在世界上率先完成了SARS病毒蛋白质结构的测定，为医疗机构研究对应的治疗药物提供了最重要的基础条件。而现在还有农业单位将植物种子送到同步辐射实验室接受实验，这比将种子送到太空中要经济得多。

　　　数百米隧道内

　　消耗了北京1%的电量

　　高能物理研究是不折不扣的耗能大户，据悉，单维持整个加速器运转就需要12万5千千瓦的电力。而2004年夏季，北京市最大用电负荷峰值为943万千瓦。仅仅数百米长的隧道内就消耗了拥有千万人口的北京超过1%的电量。何况北京正负电子对撞机建成于1988年，那时它的耗电占北京市全市耗电的比例还要大。而且北京正负电子对撞机每年要不间断地工作10个月。如果要选最耗能的科研单位，第一名大概非高能物理研究所莫属。但即使在北京用电形势最紧张的夏季，高能物理所的用电都得到严格的保障。

　　正领导着全球能量最高的欧洲质子对撞机的华裔诺贝尔奖获得者丁肇中在一次到中国讲学时，回答高能物理有什么用的问题时诚恳地说，“我不知道”。他也曾在北京市科协做报告，表示自己是全世界最花钱，而产生经济效益最低的科学家。这是因为高能物理要回答的是物理学最基本也是最前沿的纯科学问题，它远远超越了实际应用的范围。北京长年为这一“无用”的工程无私保障如此大的能源，是北京人对全人类科学事业的默默支持。

　　　核心部件用黄金造
经过长长的隧道，忽然眼前顿时开阔。眼前是十几米高的机房，而七八名工人正在安装一台两层楼高的红色机器。罗小安看了一眼有点兴奋的记者肯定地说，这里就是整个对撞机最核心的部分———对撞点。被加速到接近光速的正负电子束就是在这里迎头相撞。

　　记者看到，现场的工人正在紧张地安装一种硕大的八角形设备。罗小安告诉记者，工人正在安装的是永磁铁。磁铁的作用是为了将电子约束到尽可能小的范围，以增加碰撞频率。让记者不解的是，四个工人在安装完磁铁后，还要在磁铁的两端来回拉着一块砂布。罗小安解释说，虽然这些磁铁在安装前已经清洗过，但为了保证清洁以免影响探测器核心部件，工人还要反复对磁铁进行擦拭。据他介绍，整个两层楼高的仪器总重量达800吨。而其中有些最核心的部件是用纯金造的。他解释说，在正负电子激烈撞击产生微观粒子后，需要精密的探测器观测大量粒子的运动轨迹和相关性质。在一个直径约一米的桶形空间里，从桶盖到桶底密集分布着数万根黄金线。当微观粒子从桶中心部分向外运动时经过黄金线，其运动路径的数据就会被记录下来。

　　回到地面，回头看仍是那排不起眼的灰色平房。但此时记者的心中却油然升起一种情绪。

　　摄影/本报记者 李锋

　　文/本报记者 施剑松


　　相关资料：

　　原子：是化学变化中的最小粒子，由原子核和围绕原子核运动的电子组成。

　　质子：原子核中的基本粒子，质子和中子组成原子核。

　　夸克：构成质子和中子的基本粒子，是目前所知的最小物质结构。

　　电子对撞机:俗称原子击碎机。当对撞机运行时，不同电荷的电子会从直线加速器的起点开始由零速度被加速到接近光速，直到同样高速的正负电子束在储存环中确定的地点迎头相撞。此时，更小的粒子就会从被撞碎的电子中逸出。科学家们希望，宇宙诞生初期的物质会在这剧烈的碰撞中出现。

　　暗物质:从广泛意义上讲，就是那些我们无法观测到却又实际存在的物质。天文学家发现，在宇宙中能观测到的物质质量不超过总质量的10%。而构成其他90%的宇宙质量的现在仍看不见的物质被统称为“暗物质”。暗物质有质量但自身不能发光，而且也不反射、折射或散射光，它们是百分之百的透明体。科学家认为，可能的暗物质包括自身不发光的天体，如行星、星云、恒星级“黑洞”；弥漫在星际和星系际的固体尘埃微粒和稀薄的气体；游离状态的分子、原子；相对更深层次的各种游离态微观粒子。

　　反物质：又被称为物质的镜像。物质由原子组成，原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电，电子带负电，中子不带电而有一定的磁性。所谓物质的镜像，就是还有一种质子带有负电，叫反质子；还有一种电子带正电，叫反电子；也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的中子。这些统称为反物质。■它被称为继“两弹一星”后，共和国最重大的科学工程；
　　■它被看作揭开宇宙诞生奥秘的金钥匙；
　　■它被世界物理界公认为世界八大高能物理研究中心之一；
　　■它的功率超过了拥有千万人口的北京全市最大用电负荷的1%；
　　它———就是中科院高能物理所的北京正负电子对撞机。上世纪80年代，国家曾投入2.4亿人民币兴建它；现在国家将再次投入6.4亿人民币提升它的性能；到2008年，改造后的北京正负电子对撞机的性能将比目前提高100倍。
　　目前，这项国家重大科学工程正在进行设备拆装的重大改造。本报科学记者独家深入地下，亲历工程现场，为您揭开它的神秘面纱。
　　繁华的玉泉路，每天人来人往，络绎不绝。大多人不知道，就在这条路北不远处，十几米深的地下，一门“超级粒子大炮”正在高速运转着。这门“大炮”长达442米，整体轮廓像一个巨型的羽毛球拍。数以10亿计的电子，沿着球拍状的轨道以近光速的速度激烈运动着、碰撞着，24小时不停息。这门“大炮”就是北京正负电子对撞机。科学家们希望从这些粒子电光火石般的激烈的碰撞中还原出宇宙大爆炸初始的状态。

　　工人正在擦拭要装在核心探测器外的巨大永磁铁

　　记者试穿价值3000元重达30斤的防辐射铅衣

　　罗小安说，这里就是加速器的起点

　　隧道中当心射线的标牌异常醒目，系统运行时，数以10亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞

　　隧道中的警灯
　　现在这门“大炮”正在拆装换新。
加速器

　　藏在职工住宅区地下

　　在中科院高能物理研究所园区的西北角，有一排很不起眼的灰色平房。隔着一道墙不到30米外就是高能所的职工住宅区。这里长年都非常寂静，但实际上，高速运转的加速器就隐藏在这排平房的地下。

　　经过身份认定，记者跟随北京正负电子对撞机工程办公室主任罗小安副研究员，穿过平房外一个不起眼的小门，进入平房中。探过连续3段向下的楼梯，又经过一扇隔离门，记者才终于走进了对撞机隧道。隧道足有两人高，走在里面一点也不会觉得局促。又向前走了几米，罗小安指着一个管状的仪器说，这里就是整个加速器的起点。大炮一样的仪器是电子枪，就是它将电子打入加速管。

　　记者看到，加速管的直径并不大，截面大约只相当于1元硬币。据介绍，当对撞机启动时，数以10亿计电子组成的电子束的截面直径还不到一毫米。但不要以为这样多的电子在如此小的截面上相撞很容易。事实上更多的时候正负电子都擦肩而过。专家解释说，如果从微观的角度观察电子束就会发现，由于同种电荷的电子之间互相排斥，事实上同一个电子束中不同电子之间还隔着很远。所以电子要撞上并不容易。数以10亿计的电子束以光速在对撞机中运动，每秒只能撞上125万次，而其中只有10到20次为有效撞击。

　　　加速管只有中国可批量制造

　　罗小安介绍说，对撞机202米长的直线加速器由56根3米多长的加速管组成。当加速器系统启动时，电子枪就会将电子打入加速管，而电子经过第一根加速管后速度就已经接近光速。然后每经过一根加速管，电子的速度就会向光速更接近一些，直到发生碰撞。他说，这种加速管的加工要求极高，因为稍有偏差就可能导致能量损失甚至产生意外的辐射，因此加速管除了结构复杂外，加工精度要求达到0.005毫米。为了保证性能，加速管还必须用金刚石刀切割。目前这种加速管只有中国可以批量制造。美国和日本一些高能物理研究基地所用的加速管都必须从中国进口。

　　　隧道中警灯、紧急按钮密布

　　跟着专家在长长的隧道中行走，不时出现的隔离门、警灯和紧急按钮让人对隧道产生浓厚的神秘感。罗小安说，各种安全措施并不只是防止有人入侵，更是为了保证科研人员的安全。他说，由于电子对撞机运行时会产生辐射，因此一旦开机整个隧道中严禁有人。

　　据介绍，每次加速器开机前，首先报警器和高音喇叭会在隧道中响起，提醒隧道中的工作人员撤离。然后，为了防止仍有人滞留隧道，控制室还要派人沿着隧道走一遍，并且每过一段隧道都要刷卡确认。此外，对撞机采用了先进的门锁联动系统，当机器运行时，如果有人打开了隧道的隔离门，整个加速器就将立即停止工作。并且隧道内安装了紧急按钮，人员一旦发现自己仍在隧道而机器已经启动，只要按下紧急按钮就可以将机器关机。而即使这样，开机后控制室还要通过监控摄像头不断扫描隧道内的情况。记者数了数，整个系统一共采取了5套安全措施。

　　工人身着15公斤铅衣

　　拆除关键部件
　　与一般工程的拆装不同，罗小安告诉记者，对撞机系统的设备拆除有严格的安全要求。他解释说，电子对撞机与原子反应堆相比，非常安全。但为了防止可能的辐射，整个隧道都已经用一米厚的混凝土或者几厘米厚的铅板屏蔽。上面再覆盖几米厚的土层，因此地面上非常安全。但为了保证施工工人安全，改造工程进行前，环境监测工程师都要用辐射计量设备扫描整个隧道，一旦发现辐射指数较高的地点就立即标出。而到相应地点施工的工人就必须穿上特别的铅衣服。

　　记者试穿了一下铅衣。重，整套衣服足有15公斤重。闷，从头到脚穿戴起来，还要戴上特别的口罩，一下就觉得呼吸困难。罗小安说，工人有时候要穿着这样的衣服在隧道里工作几个小时，真正是汗如雨下。别看这套衣服穿着难受，一套就价值3000元。

　　世上率先完成

　　SARS病毒蛋白结构测定

　　在隧道行走，记者发现，整个隧道的结构并不规则。在直线加速器与储存环交界处，隧道出现了一个分岔。而沿着储存环隧道，一些墙壁还被建成了锯齿状。罗小安说，加速器在运行过程中电子会发生同步辐射损失一部分能量，这原本是加速器的致命缺点。但科学家们却想到了变废为宝的办法。隧道的分岔和那些锯齿状的墙壁都有管道与加速器相连。对撞机运行期间辐射的能量，顺着管道被引入了特别的同步辐射实验室。利用同步辐射的能量，科学家们可以进行生物大分子结构测定等各项研究。2003年，在SARS病毒防治战役中，科学家们利用正负电子对撞机同步辐射，在世界上率先完成了SARS病毒蛋白质结构的测定，为医疗机构研究对应的治疗药物提供了最重要的基础条件。而现在还有农业单位将植物种子送到同步辐射实验室接受实验，这比将种子送到太空中要经济得多。

　　　数百米隧道内

　　消耗了北京1%的电量

　　高能物理研究是不折不扣的耗能大户，据悉，单维持整个加速器运转就需要12万5千千瓦的电力。而2004年夏季，北京市最大用电负荷峰值为943万千瓦。仅仅数百米长的隧道内就消耗了拥有千万人口的北京超过1%的电量。何况北京正负电子对撞机建成于1988年，那时它的耗电占北京市全市耗电的比例还要大。而且北京正负电子对撞机每年要不间断地工作10个月。如果要选最耗能的科研单位，第一名大概非高能物理研究所莫属。但即使在北京用电形势最紧张的夏季，高能物理所的用电都得到严格的保障。

　　正领导着全球能量最高的欧洲质子对撞机的华裔诺贝尔奖获得者丁肇中在一次到中国讲学时，回答高能物理有什么用的问题时诚恳地说，“我不知道”。他也曾在北京市科协做报告，表示自己是全世界最花钱，而产生经济效益最低的科学家。这是因为高能物理要回答的是物理学最基本也是最前沿的纯科学问题，它远远超越了实际应用的范围。北京长年为这一“无用”的工程无私保障如此大的能源，是北京人对全人类科学事业的默默支持。

　　　核心部件用黄金造
经过长长的隧道，忽然眼前顿时开阔。眼前是十几米高的机房，而七八名工人正在安装一台两层楼高的红色机器。罗小安看了一眼有点兴奋的记者肯定地说，这里就是整个对撞机最核心的部分———对撞点。被加速到接近光速的正负电子束就是在这里迎头相撞。

　　记者看到，现场的工人正在紧张地安装一种硕大的八角形设备。罗小安告诉记者，工人正在安装的是永磁铁。磁铁的作用是为了将电子约束到尽可能小的范围，以增加碰撞频率。让记者不解的是，四个工人在安装完磁铁后，还要在磁铁的两端来回拉着一块砂布。罗小安解释说，虽然这些磁铁在安装前已经清洗过，但为了保证清洁以免影响探测器核心部件，工人还要反复对磁铁进行擦拭。据他介绍，整个两层楼高的仪器总重量达800吨。而其中有些最核心的部件是用纯金造的。他解释说，在正负电子激烈撞击产生微观粒子后，需要精密的探测器观测大量粒子的运动轨迹和相关性质。在一个直径约一米的桶形空间里，从桶盖到桶底密集分布着数万根黄金线。当微观粒子从桶中心部分向外运动时经过黄金线，其运动路径的数据就会被记录下来。

　　回到地面，回头看仍是那排不起眼的灰色平房。但此时记者的心中却油然升起一种情绪。

　　摄影/本报记者 李锋

　　文/本报记者 施剑松


　　相关资料：

　　原子：是化学变化中的最小粒子，由原子核和围绕原子核运动的电子组成。

　　质子：原子核中的基本粒子，质子和中子组成原子核。

　　夸克：构成质子和中子的基本粒子，是目前所知的最小物质结构。

　　电子对撞机:俗称原子击碎机。当对撞机运行时，不同电荷的电子会从直线加速器的起点开始由零速度被加速到接近光速，直到同样高速的正负电子束在储存环中确定的地点迎头相撞。此时，更小的粒子就会从被撞碎的电子中逸出。科学家们希望，宇宙诞生初期的物质会在这剧烈的碰撞中出现。

　　暗物质:从广泛意义上讲，就是那些我们无法观测到却又实际存在的物质。天文学家发现，在宇宙中能观测到的物质质量不超过总质量的10%。而构成其他90%的宇宙质量的现在仍看不见的物质被统称为“暗物质”。暗物质有质量但自身不能发光，而且也不反射、折射或散射光，它们是百分之百的透明体。科学家认为，可能的暗物质包括自身不发光的天体，如行星、星云、恒星级“黑洞”；弥漫在星际和星系际的固体尘埃微粒和稀薄的气体；游离状态的分子、原子；相对更深层次的各种游离态微观粒子。

　　反物质：又被称为物质的镜像。物质由原子组成，原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电，电子带负电，中子不带电而有一定的磁性。所谓物质的镜像，就是还有一种质子带有负电，叫反质子；还有一种电子带正电，叫反电子；也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的中子。这些统称为反物质。