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中國科學院高能物理研究所所長王貽芳在光電倍增管實驗室。 中國科學院高(gao)能(neng)物理研究所供圖

　　2011年(nian)底，48歲的劉術林做出了一個(ge)重(zhong)大決定，舉家從西(xi)安遷往(wang)北(bei)京。

　　彼(bi)時，他在西安一(yi)(yi)家國企分公司擔任總工(gong)程師，也(ye)(ye)是微(wei)通道板領域數(shu)一(yi)(yi)數(shu)二(er)的專家，事業發展順風順水，生活過得也(ye)(ye)很安逸(yi)。

　　讓劉(liu)術林(lin)下(xia)定決心做出(chu)重大改變的，是中國科學院高能(neng)物理研究所所長王(wang)貽(yi)芳的誠摯邀請。當時，王(wang)貽(yi)芳團隊的光電倍(bei)增管自主研制(zhi)項目正(zheng)陷入困境，急需劉(liu)術林(lin)助一臂之(zhi)力。

　　此前，光電倍(bei)增(zeng)管(guan)市場一(yi)直被日本濱松公司壟(long)斷，國內連生產(chan)5英寸以上的光電倍(bei)增(zeng)管(guan)能力(li)都不具備。

　　“現(xian)在只有一張(zhang)設計圖紙，能不能做出(chu)來(lai)還是(shi)問題，即便能做出(chu)來(lai)也(ye)得猴(hou)年馬月了吧。”有人(ren)勸劉(liu)術林不要冒這(zhe)個險。

　　但劉術林態度很堅定：“這(zhe)件事情(qing)非常有意義(yi)，我不需要考慮那么多，直接去做就行(xing)了。”

　　決定自主研制

　　如(ru)果我(wo)們自己(ji)不能生產大尺(chi)寸、高性能光電倍增管，一切(qie)都(dou)將(jiang)受(shou)制(zhi)于人(ren)

　　在(zai)王貽芳(fang)找到劉術(shu)林之前，他已經帶領團隊在(zai)光(guang)電倍增管技術(shu)方面(mian)進行了3年的艱苦努(nu)力(li)。

　　光(guang)電倍增管是(shi)一種光(guang)子探(tan)測(ce)器件，于(yu)20世紀30年(nian)代發明，后廣(guang)泛(fan)應(ying)用于(yu)醫療設備(bei)、科(ke)研設備(bei)、核技術、空間科(ke)學(xue)等方(fang)面。

　　王貽(yi)芳(fang)說：“它就好比是探測器的‘眼睛’，能夠把‘看到’的光(guang)子轉換成電子，再把電子信號(hao)放大(da)差不多1000萬倍。”

　　2008年，正(zheng)在(zai)推進大亞灣(wan)中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)實(shi)(shi)驗(yan)建設的(de)王(wang)貽芳團(tuan)隊，同(tong)時也開(kai)始謀劃(hua)未來接班(ban)的(de)江門(men)(men)中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)實(shi)(shi)驗(yan)。與大亞灣(wan)中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)實(shi)(shi)驗(yan)尋求新的(de)中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)振蕩模式不同(tong)，江門(men)(men)中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)實(shi)(shi)驗(yan)的(de)主要目標(biao)是測量中(zhong)(zhong)微(wei)子(zi)(zi)質量順序。

　　王(wang)貽芳說(shuo)：“為了實現(xian)這個目標，我們需(xu)要(yao)建(jian)設一個巨大的探測器，把光收(shou)集效率(lv)提高到大亞灣中微子實驗(yan)的10倍，也(ye)是國(guo)際最高水平的5倍。為此，探測器中用到的核(he)心器件——光電倍增管(guan)的光子探測效率(lv)需(xu)提高到30%，是當時國(guo)際水平的2倍。”

　　難題隨之而來。

　　當時，國際上能(neng)生(sheng)產20英(ying)寸(cun)光(guang)電倍增管(guan)的只(zhi)有日本(ben)濱松(song)公司一家，性(xing)能(neng)達(da)不到要求，售價也高達(da)5萬元左右一只(zhi)。江門中微子(zi)實驗計劃(hua)采用2萬只(zhi)20英(ying)寸(cun)的光(guang)電倍增管(guan)，單(dan)單(dan)采購成本(ben)就會高達(da)10億(yi)元人民(min)幣。

　　王(wang)貽芳覺得太貴了！

　　怎么辦？只能自主研(yan)制(zhi)。

　　“如果我們自己不(bu)能生產大尺寸、高性能光電倍增管，一切都將受制于(yu)人。”中國科學院高能物理(li)研(yan)究所研(yan)究員錢(qian)森說。他是江門中微(wei)子實驗光電倍增管研(yan)制項目核(he)心成員之一。

　　2008年10月，當時還在中國科(ke)學院高能物理研(yan)究所攻讀博士學位的錢森(sen)即將畢業，王貽芳建議他留下來(lai)參與江門中微(wei)子實驗光電倍(bei)增管的研(yan)制。

　　受一(yi)個研制(zhi)大面積微通道板探測器項目的(de)(de)啟發，王貽芳勾畫了一(yi)個概念設計，采用微通道板收集電子，其(qi)思路(lu)不(bu)同于主流的(de)(de) “打拿極”型的(de)(de)光電倍增管。

　　進而，王貽芳、錢森等(deng)又進一步細化了(le)(le)設計，開展了(le)(le)模(mo)擬驗證(zheng)，確認設計沒問題。半年(nian)后，他們申請(qing)了(le)(le)發明專利，并順利獲得了(le)(le)中國(guo)(guo)(guo)、俄(e)羅(luo)斯、美國(guo)(guo)(guo)、日本、歐盟等(deng)國(guo)(guo)(guo)家和(he)地區的發明專利授權。

　　沒想到，接下來卻卡在(zai)了尋求企業(ye)合作這一(yi)關(guan)。

　　在光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管這個行當(dang)，國內當(dang)時可供選擇的(de)(de)(de)企業(ye)很少。20世紀60年(nian)代，中(zhong)國還有2家工廠能夠生產(chan)光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管。80年(nian)代起，日本的(de)(de)(de)濱(bin)松公司研(yan)制出了20英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管，引領(ling)了整個光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管技術的(de)(de)(de)潮流(liu)，使其成為世界上最好的(de)(de)(de)光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管生產(chan)企業(ye)。后來，日本濱(bin)松在北京成立合資(zi)公司，從事(shi)光(guang)(guang)電倍(bei)(bei)(bei)增(zeng)管的(de)(de)(de)生產(chan)和銷售，原來的(de)(de)(de)幾家國內生產(chan)企業(ye)逐(zhu)漸凋零，舉步維艱。

　　王貽芳團隊查詢資(zi)料(liao)，參加各種(zhong)會議，訪問了許多(duo)(duo)研究所(suo)和(he)企業(ye)(ye)，尋(xun)求(qiu)合作。但這樣一個新穎的(de)設(she)計，卻(que)多(duo)(duo)次(ci)被(bei)洽談合作的(de)企業(ye)(ye)拒絕，理由(you)五(wu)花八門。要么(me)是“任務太(tai)忙”，要么(me)是“沒聽說過(guo)，這一點兒(er)都不靠(kao)譜”。

　　最終，經過多次尋找(zhao)和洽(qia)談，王貽芳團隊與一家(jia)研究所達成了合作意(yi)向。

　　開啟聯合攻關

　　科研人員駐扎(zha)到工廠，甚至把實驗(yan)室(shi)的設備也(ye)搬到了現場

　　然而，事情并(bing)不順利(li)。過了3年時(shi)間(jian)，這項合作以失敗告終。

　　“我們(men)做出來的樣管(guan)光子探測效(xiao)率(lv)只達(da)到5%，與30%的要求還相差很(hen)遠(yuan)。”王(wang)貽芳(fang)說。

　　仔細復(fu)盤和分(fen)析(xi)后，王貽(yi)芳(fang)團隊認為，“不是設計思路(lu)不行，基本原理都已得到驗證，主要還是制作工藝不行。”找(zhao)到關鍵問題后，他(ta)們又開始了(le)新一輪的(de)嘗試(shi)。

　　幸運的(de)是，之前因為任務太忙沒(mei)能合作成(cheng)功的(de)一家(jia)企業(ye)——北方(fang)夜(ye)視(shi)(shi)技(ji)術股份有(you)限(xian)公司（現為北方(fang)夜(ye)視(shi)(shi)科技(ji)（南京(jing)）研究院有(you)限(xian)公司，以(yi)下(xia)簡稱“北方(fang)夜(ye)視(shi)(shi)”）又(you)表示愿意來試(shi)一試(shi)。

　　“這(zhe)家企業有微通道板的生產經驗，雖然(ran)他們沒(mei)(mei)有做(zuo)過光電(dian)倍增管，但他們有意(yi)愿和(he)能力做(zuo)這(zhe)件事情(qing)。”王貽(yi)芳說，“我覺得(de)這(zhe)一(yi)點(dian)非常重(zhong)要，關鍵是你(ni)是不是真(zhen)的下決心愿意(yi)做(zuo)一(yi)件前(qian)人沒(mei)(mei)有做(zuo)過的事情(qing)。”

　　與此同時，王貽芳聽(ting)從專(zhuan)家建議引進了劉術(shu)林(lin)。劉術(shu)林(lin)在微(wei)通道板(ban)領域有著非常深厚的理(li)論功底和(he)技術(shu)積累，對(dui)相(xiang)關產業(ye)界(jie)也(ye)十分(fen)熟悉，是國內這方面的頂級專(zhuan)家。

　　2011年底，由中國科(ke)學院高能物理研究所牽頭，北(bei)方夜(ye)視、中國科(ke)學院西安光學精(jing)密機械研究所、中核(he)控制(zhi)系統股(gu)份有限公司(si)和南京大學等單位(wei)組成(cheng)的光電倍(bei)增管產(chan)學研合作(zuo)組正式成(cheng)立。合作(zuo)組建立了全(quan)新(xin)的合作(zuo)模式，制(zhi)定(ding)了章(zhang)程，并預先討論了未來如何確定(ding)成(cheng)果和收益分配比例，以避(bi)免可能產(chan)生(sheng)的爭議，同時(shi)鼓勵(li)大家全(quan)力(li)以赴，將來以貢獻論分配。

　　20英(ying)寸光電倍(bei)增(zeng)管的(de)研制，充滿(man)著挑戰和不確(que)定性。新的(de)設(she)計(ji)究竟能不能實現(xian)設(she)想中的(de)理想性能，只有努力了才(cai)知道。

　　接下來(lai)的(de)幾年里(li)，科(ke)研院所(suo)的(de)科(ke)研人(ren)員與企(qi)業技術人(ren)員、工人(ren)密切合作，攻克了(le)高(gao)量子(zi)效率的(de)光陰極制備(bei)、微通道板及其組件制備(bei)與處理、低放射性本底無鉀大尺寸玻殼研制等(deng)多個技術難題(ti)。

　　據錢森回憶，當時中國科學院(yuan)高能物理研究所小組把能調動的(de)資源都調動起來(lai)，科研人員駐扎到工廠，甚(shen)至把北京實(shi)驗室的(de)設(she)備也搬到了南(nan)京和西安(an)的(de)生(sheng)產(chan)現場。

　　“工(gong)廠工(gong)人(ren)一邊做(zuo)樣品(pin)，科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)就(jiu)一邊在(zai)現場進行中間環節(jie)的測試(shi)，然后通(tong)過數據告訴他(ta)們哪(na)個環節(jie)有問題，哪(na)個方(fang)向值(zhi)得改(gai)進，哪(na)個工(gong)藝可能會(hui)更好。”錢森說，“這(zhe)種緊密的合作方(fang)式，促(cu)使我們高效率解決了很多難題。”

　　歷(li)經4年艱苦卓絕的(de)攻(gong)關(guan)，第一(yi)個(ge)20英寸樣管終于研(yan)制成(cheng)功。這期間，合作組先后召開(kai)39次會(hui)議，進行了8次聯合攻(gong)關(guan)，完成(cheng)了150多個(ge)研(yan)制階(jie)段(duan)的(de)報告(gao)。

　　王貽芳說：“最(zui)終樣管(guan)光子探測效率達到了27%，距離30%的要求僅差3%。”

　　向產業化推進

　　實現批量(liang)化(hua)生(sheng)產，并(bing)不斷開發新的(de)(de)光電倍增管產品(pin)，應(ying)用到更(geng)為廣(guang)闊的(de)(de)領域

　　此時，新的問題(ti)又(you)來了。

　　達到要求的樣管(guan)(guan)只是(shi)樣管(guan)(guan)而已，關鍵是(shi)企(qi)業有(you)沒有(you)能力(li)進行(xing)批量生產，能不(bu)能把(ba)上(shang)萬(wan)只20英寸的光(guang)電倍增(zeng)管(guan)(guan)按時且保質(zhi)保量做(zuo)出來？

　　2015年底，拿到(dao)訂單的北(bei)方夜視就立即行(xing)動了起來。

　　北方夜(ye)視總經理(li)孫建(jian)寧(ning)說(shuo)：“公司2016年開(kai)始生產(chan)線(xian)建(jian)設，幾個月就建(jian)好了，其中的生產(chan)設備都是(shi)我們自主研發找廠家定制(zhi)的。”

　　功(gong)夫不負有心人。2020年(nian)9月7日(ri)，北方夜視承擔的訂(ding)單(dan)任務按時完成，全(quan)部發貨(huo)到位于廣東的江門中微子實驗(yan)光電倍增管測試現場。

　　在光(guang)電倍(bei)增(zeng)管(guan)研制、工程(cheng)化(hua)(hua)和(he)批量生產環節，全體合作組(zu)成員密切合作，不斷優化(hua)(hua)工藝和(he)提(ti)高成品率(lv)，使得探(tan)測效率(lv)由早期的27%穩步提(ti)高到30%，成品率(lv)由原來的50%逐步提(ti)高到80%，達(da)到電真空(kong)器(qi)件(jian)的國(guo)際領先水(shui)平。

　　王(wang)貽芳說：“我們得(de)到了最好的光電(dian)倍增管，同時也得(de)到了非(fei)常(chang)優惠的價格。”

　　北(bei)方夜(ye)視(shi)也通過參與研制光電倍增(zeng)管(guan)項目，開拓了(le)新的領(ling)域和增(zeng)長(chang)點，積累(lei)了(le)技術和人才，甚至振興了(le)國內光電倍增(zeng)管(guan)行業。

　　為了實(shi)現可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展，光電倍(bei)增(zeng)管合(he)作組后(hou)續(xu)又不(bu)斷(duan)開發(fa)新(xin)的光電倍(bei)增(zeng)管產品，應用到核(he)技(ji)術、醫療診斷(duan)、石油勘(kan)探(tan)、環境保護等更為廣(guang)闊的領域，帶動了上下(xia)游企業(ye)的發(fa)展。

　　如今，北方夜視已(yi)從(cong)一家原來純粹生產(chan)微通道板的企(qi)業，發展(zhan)成為具有很強研發能力的高科技公司。

　　王貽芳說(shuo)：“跟我們科(ke)研人(ren)員合(he)作，企業(ye)也(ye)學會了如何做前人(ren)從(cong)來沒(mei)有做過的(de)事情。科(ke)研人(ren)員和工程師在(zai)訓練方面有本質的(de)不(bu)同，兩者(zhe)結合(he)是最理想(xiang)的(de)技術發展(zhan)模式之一。”