本文選自《物理》2020年第5期
2020年1月19日，著名加速器物理學家、中國科學院院士方守賢先生在北京逝世。先生一生堅守在加速器科學技術研究的前沿，並透過廣泛的國際合作架起了中國與世界其他國家在加速器領域積極合作的堅實橋樑，為我國高能物理和粒子加速器事業的持續發展做出重大貢獻。
先生離開整整一年，僅以此文，寄託我們的哀思！
方守賢 (1932.10.28—2020.1.19)
2019年3月初，方守賢先生從上海參加質子治療加速器的除錯研究返京後突發肺炎，與病魔頑強抗爭了10個多月，於2020年1月19日在醫院平靜地離去。87年的光輝歲月，他用生命實踐了“為祖國建造世界一流的高能加速器”的誓言。
七下八上 建設北京正負電子對撞機
方守賢1951年進入上海交通大學物理系學習，次年轉入復旦大學物理系，從此與物理學結下了不解之緣。1955年，他從復旦大學畢業，來到中國科學院原子能研究所工作，從事高能加速器的設計及研究。1957年春，在王淦昌先生帶領下，方守賢赴蘇聯，先後在列別捷夫物理研究所和杜布納聯合核子研究所實習和工作，1960年底回到原子能所，繼續從事加速器理論研究，1973年從原子能所的一部轉入中國科學院高能物理研究所。在長達65年的科研生涯中，方守賢投身粒子加速器的研究和建設，在前期的20多年裡，親自參加和經歷了高能加速器“七上七下”的坎坷歷程。
按照1956年制訂的我國科學發展十二年遠景規劃中所提 “製造適當的高能加速器”的構想，方守賢在蘇聯專家的指導下，完成了一臺 2 GeV 電子同步加速器的設計。但在1958年“大躍進”的形勢下，這一方案被批“保守落後”而下馬。接著，國內又提出了 15 GeV 的質子同步加速器方案，但受到了蘇聯專家的“冷遇”，勉強同意在原有 7 GeV 加速器的磁鐵截面加以修補，將能量升高到 12 GeV。這種修修補補的方案十分不理想，更談不上先進，遭到了我方的抵制和否決。
1959年末，王淦昌領導的物理組提出建造一臺能量為 450 MeV 的中能強流加速器方案，開展介子物理研究。方守賢擔任這臺加速器理論設計的負責人，半年的時間內就完成了加速器的初步設計。但由於當時國內的經濟困難，專案很快就名存實亡，到1963年被取消。
1968年，原子能研究所把高能加速器的研究隊伍集中到中關村的一部，成立高能籌建處。當 時，提出要建造一臺 3.2 GeV 質子同步加速器，後來又將能量提高到 6 GeV。方守賢參加了這臺加速器的物理設計和選址的調研。1969年8月，何祚庥等人提出用加速器生產核燃料的方案(“698工程”)，既能服務國防需要，又可為高能物理發展儲備技術和人才。方守賢建議採用比較成熟的超導質子直線加速器來生產核燃料，這一主張後來被濃縮為“強流、超導、質子、直線”的八字方針。但這兩個方案都被“文革”風暴所摧殘。
1973年2月，高能物理所在原子能所一部的基礎上成立，開始了建設高能加速器的新徵程。1975年3月，國家批准了高能加速器預製研究基地的建設計劃(“753工程”)，開展高能加速器的設計研究。方守賢帶領加速器理論組，深入開展研究，完成了 40 GeV 質子同步加速器的物理設計。但在“文革”的形勢下，“753工程”陷入停頓。
“文革”結束後，廣大科技人員歡欣鼓舞，但又產生了急於求成的情緒，1977年11月提出了一個“大躍進”的計劃：到1987年底，建設一個規模可與歐洲核子中心相比擬的高能物理實驗基地，在1982年底建成 30 GeV 的強流質子環形加速器，1987年建成 400 GeV 質子同步加速器(“87工程”)。1980年底，在基本建設緊縮、國民經濟調整的方針下，“87工程”下馬。
方守賢參加了以上7次加速器方案的論證及理論設計，其中有電子也有質子加速器，有直線、迴旋，還有環形加速器。他在磨鍊中成長，在實踐中積累、擴充套件、豐富了加速器物理知識，為祖國建造新的高能加速器的願望愈久彌堅。
方守賢在第一根加速管安裝前作動員講話
1983年4月國務院批准了國家計委關於正負電子對撞機(BEPC)建設計劃的報告，工程正式立項。當時方守賢正在歐洲核子研究中心(CERN)參加強流反質子儲存環的設計，得知這個訊息後，他立即決定回來參加BEPC建設。回國後，方守賢被任命為BEPC工程副經理，分工負責加速器物理設計並協助謝家麟經理工作。
按照國際高能加速器的發展過程，都是先建造打靜止靶加速器，後建設對撞機。當時就有人提出，中國連打靜止靶加速器都沒有做過，一步就要造對撞機，相當於“一步登頂”，風險太大。方守賢認真分析了我國的優勢和不足，認為完全有能力攻克科技難關，鼓勵工程團隊在對撞機建設中頑強拼搏、協力創新，實現高能加速器領域的“一步登頂”。
磁聚焦結構是儲存環設計的基礎。環形對撞機需要在正負電子對撞位置點上的包絡函式儘可能小，而且在整個對撞區段消色散。在大型對撞機中，通常採用“弧區標準週期—消色散節—最終聚焦插入節”的模式，但BEPC的規模小，如果採用此方案，勢必會加大環的周長。方守賢根據自己在CERN參加反質子儲存環設計時提出的準週期概念和消色散方法，提出在BEPC採用“基體—最終聚焦插入節”方案。他所說的“基體”，是指聚焦磁鐵的位置保持週期性，而強度可以調整，既保持了系統的對稱性，又增加了結構的靈活性。他帶領物理組團隊，進行具體方案的最佳化計算，創造性地完成了BEPC磁聚焦結構的設計。
當時參加BEPC建設的科研工程人員待遇很低，每月工資平均只有100多元。方守賢常說，國家在經費這麼緊張的情況下，拿出2億4千萬元建造對撞機，我們必須發揚艱苦奮鬥的精神，勤儉創業，多作貢獻。在工程建設中，他以身作則、無私奉獻，與大家一起夜以繼日地工作，經常住在辦公室，以便工地一旦發生情況，立刻就能趕到現場。他領導團隊建立了工程質量保證體系，嚴把質量關，要求相關設計人員駐廠，發揚“三老四嚴”作風，嚴格監督從加工到組裝等各個環節，把問題發現在現場、解決在現場。他還要求關鍵部件和分系統在進入隧道前，儘可能在實踐中先進行整機連續試執行，以考驗其主要指標及穩定性。
經過全體科研工程人員的努力，1988年10月16日，BEPC 實現了正負電子對撞，標誌著對撞機勝利建成。BEPC建成後，很快達到了指標，其亮度超過美國同類加速器的4倍，成為為τ-粲能區效能佔據國際領先地位的對撞機，方守賢激動地說：“我的高能加速器夢終於實現了”。
再接再厲 精心謀劃對撞機未來發展
1988至1992年，方守賢擔任中國科學院高能物理研究所所長。在他的領導下，BEPC成功實現了對撞，並逐步實現了穩定執行。北京譜儀投入執行取數，獲取了世界上最大的J/Ψ資料集，並取得了τ輕子質量精確測量的重大成果，得到國際高能物理界的高度讚揚。北京同步輻射裝置對使用者開放，成為我國第一個同步輻射使用者裝置，有力地推動了中國同步輻射應用的發展。1991年5月9日，國家計委正式批准成立北京正負電子對撞機國家實驗室，方守賢任主任。這是我國的第一個國家實驗室。
卸任高能所所長職務後，方守賢長期擔任北京正負電子對撞機國家實驗室主任。在大力推動BEPC的開放和成果產出的同時，他積極規劃BEPC的發展戰略。方守賢經常說，“加速器建成之時，就是效能改進之始”。1993年6月他參加了在西班牙 Marbella舉行的 The third workshop on the τ-charm factory，報告了BEPC的進展和未來發展。在1993年7月τ-粲工廠第3次工作會議上，方守賢作了題為“BEPC的下一步”的報告，提出視國家投資的強度，有大、中、小三種可能性。他根據當時的國情，主張採用“中”方案，即在BEPC原有的隧道內，對有關裝置加以改造，使其亮度提高10倍左右，達到1032 cm-2·s-1。這樣可節省投資，只需花費約5—8億元。雖然這一方案在物理上不如τ-粲工廠有更強的競爭力，但是，可以在相當一段時期內保持世界領先地位。
BEPC取得的豐碩成果，在國際高能物理界引起了高度重視和激烈競爭。2000年底，美國康奈爾大學的正負電子對撞機CESR，原先在 2×5.6 GeV 的高能區工作，他們看到粲能區豐富的物理“礦藏”，決定把束流的能量降低到粲物理能區(稱為 CESR-c)與高能所競爭，其設計亮度與BEPC改造的單環方案相同。由於CESR是麻花軌道方案的鼻祖，經驗豐富，他們宣稱，只要安裝14個超導扭擺器，2年內就可以實現，遠早於BEPCII。當時，高能所面臨巨大的壓力。部分人很悲觀，認為高能所與CESR競爭，必死無疑。方守賢指出：CESR是設計在 10 GeV 質心繫能量執行的，CESR-c用扭擺器加大束流發射度的方法在 4 GeV 能區獲得高亮度，是一種非常規設計，從來沒人做過，未必能夠實現。我們絕不能放棄。採用KEK實現大交叉角對著的經驗，我們能夠在現有的隧道實現雙環方案。為了繼續保持在國際高能物理研究上的優勢，我們提出了雙環改造方案，設計對撞亮度比原來的對撞機高100倍，是CESR-c的3—7倍，從而大大提高了競爭力。這個方案得到了科學界的支援和國家的批准，並在2004年初開工建設，稱為北京正負電子對撞機重大改造工程，即BEPCII。
方守賢全力支援BEPCII的雙環方案，認為在現有的隧道里安裝兩個儲存環實現大交叉角多束團對撞，雖然有很大難度，但經過努力是能夠實現的。BEPCII正式立項後，方守賢出任顧問，在方案設計、工程管理和調束執行等方面發揮了重要作用。
BEPCII既要實現大流強、高亮度對撞，還要保持兼顧同步輻射實驗，對加速器的設計佈局、裝置建造和隧道安裝提出了很大的挑戰。為了減小對同步輻射的影響，方守賢身體力行，指導物理組年輕人，經過近1個月的努力，終於找到了效能良好的磁聚焦方案。該方案既能滿足高亮度的要求，還能保持原有的同步輻射光束線站的位置不變，節約了工程資金、加快了進度，為BEPCII的成功打下了基礎。
從BEPC到BEPCII，方守賢傾注了寶貴的精力和心血。在2018年10月20日召開的BEPC建成30週年研討會上，方守賢先生作了題為“北京正負電子對撞機”主題報告。在發言的結尾，他動情地講了這樣四句話：回憶過去，值得我們懷念和自豪；保持和發展一席之地，十分不易；在BEPC的基礎上不斷創新，把中國高能物理、同步輻射和加速器推向新的高峰；衷心希望年輕一代發揚BEPC的實事求是、無私奉獻、頑強拼搏的精神，在未來的歲月中取得更加輝煌的成就。
方守賢在BEPC建成30週年研討會上
高瞻遠矚 推進同步輻射光源的發展
光源是人類文明的燈塔。同步輻射光源是一種利用相對論性電子在磁場中偏轉時產生電磁輻射的先進光源，具有高亮度、寬頻譜、準直性和相干性等優點，是科學研究的利器。國際上同步輻射光源的發展，經歷了寄生於高能物理實驗的第一代、同步輻射專用的第二代、效能更高且以外掛磁鐵元件產生輻射為主的第三代光源。北京同步輻射裝置(BSRF)就是BEPC“一機兩用”的第一代同步輻射光源，也是中國第一臺同步輻射裝置。
BEPC建成後，實現了高能物理和同步輻射的高效率執行，也出現兩者對束流效能要求不同和雙方爭搶機時的情況。方守賢敏銳地發現了這個問題，在BEPC執行的早期，就提出了建造專用同步輻射光源的建議，並指導研究生完成了一臺第三代同步輻射光源的物理設計。1992年4月，方守賢在中科院數理學部所作的學術報告中，進一步闡述了高能所的遠景存在的兩種機遇，即建造一臺高亮度的τ-粲工廠和一臺 1.5 GeV 的高效能同步輻射光源。
1993年11月，丁大釗、方守賢和冼鼎昌三位院士提出在中國建設一臺效能先進、規模中等的第三代同步輻射光源的建議。1994年1月，方守賢在應邀與楊福家所長探討中國科學院上海原子核研究所(即後來的上海應用物理研究所)發展方向時，講述了這份建議的內容，認為上海原子核所可以參與競爭，爭取把光源建在上海。楊所長當即請方守賢就原子核所參與競爭之事給予指導和支援，方守賢欣然接受。“一石激起千層浪”，楊福家向全所傳達了籌建光源計劃，得到全所同仁的贊同和響應。1994年，原子核所向中科院和上海市提出了“關於在上海地區建造第三代同步輻射光源的建議報告”，得到市政府和院領導的大力支援。
2004年1月7日，國務院常務會議批准上海光源的專案建議書。同年12月25日，上海光源在浦東張江高科技園破土動工。經過全體工程建設者的努力，上海光源於2007年12月首次出光，2009年4月建成並向用戶開放。作為國際上最先進的第三代同步輻射光源之一，上海光源開放執行10年來，取得了一大批重要的研究成果。方守賢擔任上海光源工程科技委主任，在光源的立項、預研、建設和除錯執行中發揮了關鍵作用。
身體力行 挺進強流質子加速器前沿
束流能量為GeV量級的強流質子加速器在轟擊金屬靶時，能產生大量的中子，在能源、環境和材料領域具有廣泛的應用，是國際粒子加速器發展的重要前沿方向。在“七上七下”的曲折歷程中，方守賢參加了用於生產核燃料的強流超導質子直線加速器的研究，也參加了多臺質子同步加速器的設計，特別是“753”和“87”工程專案。在建設正負電子對撞機和同步輻射光源的同時，他身體力行，衝擊強流質子加速器前沿。
1983年，諾貝爾物理學獎獲得者魯比亞教授提出“能量放大器”的新概念，在國際上引起了廣泛關注。這裡的“能量放大”，是指利用強流質子加速器的束流轟擊使用U238或釷燃料的次臨界狀態的反應堆中的散裂靶，產生大量的外源中子，將反應堆轉為臨界狀態，使鏈式裂變反應得以持續，產生的能量遠大於加速器消耗的能量，又稱為加速器驅動的次臨界系統(ADS)。
在魯比亞教授的方案裡，採用迴旋加速器產生強流質子束。迴旋加速器具有連續束執行的優點，但要達到GeV級的束流能量，磁鐵系統將會十分龐大。方守賢回想起十多年前參加的“698工程”之“強流、超導、質子、直線”的“八字方針”，提出了基於超導直線加速器的ADS技術路線。1996年3月，他與丁大釗等六位院士向中科院數理學部提出了“及早開展充分利用鈾資源的潔淨核能系統的研究”的建議，並先後組織了多次研討會，以推進ADS在我國的研究。
1999年，科技部批准了“加速器驅動的潔淨核能系統的物理和技術基礎研究”的973專案，方守賢被任命為專案專家組成員。他帶領團隊開展強流直線加速器中關鍵的射頻四極場加速器(RFQ)的設計和研製。依據計算機模擬技術的發展，他提出跳過鋁冷模研究階段，直接進入無氧銅樣機的製造的技術路線，打破了國際上傳統的做法，既節省了經費，又加快了進度。方守賢帶領專案團隊經過5年奮鬥，在2006年成功研製了中國第一臺能量 3.5 MeV 強流RFQ加速器，其主要指標達到了國際先進水平。
中國第一臺能量3.5 MeV強流RFQ加速器
方守賢以高度的責任感敏銳地注意到，隨著核電事業迅速發展，高放射性廢料的處理將成為我國核能是否可持續發展的關鍵問題之一。2007年，ADS研發專案再次列入“973計劃”。在專案任務書中，他將研究重點從能源轉向核廢料嬗變，專案名稱也改為“加速器驅動核廢料嬗變關鍵技術的研究”，並擔任了該專案顧問。2008年，方守賢受中科院數理學部的委託，組織4次院士諮詢會，邀請21位核科技領域的院士、專家，對我國快中子反應堆和ADS兩者的關係和發展前景進行分析及評估，形成了這樣的共識：快堆側重於核燃料的增殖，ADS則側重於核廢料的嬗變，兩者互補發展，在核廢料嬗變方面，選擇ADS比較合理。院士諮詢的意見為中科院領導採納，也為中科院2011年實施的“未來先進核裂變能—ADS嬗變系統”先導專項提供了依據。
與同步輻射和反應堆中子源互補，散裂中子源同為學科研究的重要平臺，在物理學、化學、生命、材料、醫藥、國防和能源等科學前沿領域有著廣泛而重要的應用，也是強流質子加速器發展的重要前沿，世界上只有少數發達國家擁有這樣的裝置。根據我國科技發展和國家戰略的需求，方守賢和丁大釗、趙志祥、陳和生等專家於2000年8月向科技部上報了“多用途中子科學裝置—脈衝強中子源”專案建議書。
2000年9月，科學院路甬祥院長批示要求我們“組織對我國建設散裂中子源的必要性和可行性進行研究”。根據院長的指示，數理學部成立了由方守賢牽頭、12位院士組成的諮詢組，開展散裂中子源研究的諮詢工作，2001年5月和8月召開了兩次諮詢會。在11月初完成的諮詢報告中，同意中科院物理研究所提出的在第二期知識創新工程中建設一臺束流功率為 100 kW 中等規模的散裂中子源(CSNS)。隨後，方守賢和章綜院士等科學家一起，大力推動院方向性專案“多學科平臺散裂中子源的關鍵技術的創新研究”，組織並參加了CSNS加速器方案設計研究、質子直線加速器關鍵技術研究和快脈衝同步加速器關鍵技術三個子課題的研究，為CSNS的立項建設打下了基礎。
2006年5月廣東省發改委組織高能所和物理所領導到廣東省建議的散裂中子源的三個候選地點考察。方守賢參加了這次考察，對散裂中子源定點東莞的決策作出了重要貢獻。
CSNS工程建設立項後，方守賢擔任CSNS工程科技委主任，主持了工程歷屆科技委的會議，組織國內相關領域的專家，為CSNS的設計、建設和調試出謀劃策。方守賢還充分利用自己廣泛的國際聯絡，為CSNS多方爭取國際合作渠道，引進關鍵技術，解決技術難點，培養專業人才。方守賢非常關心CSNS加速器的設計工作，對關鍵部分的設計提出了許多指導意見，並不斷地最佳化設計，提高效能，控制造價。儘管年近八旬，親臨工程建設現場近20次，熱心指導工作。
2011年10月20日CSNS在廣東省東莞市奠基，方守賢參加了工程建設奠基典禮。CSNS的工程建設中遇到許多困難和技術難關，方守賢積極出謀劃策，幫助大家戰勝困難。2017年8月27日第1次打靶就成功獲得預期的中子束流。經過6年半的努力，CSNS 按計劃建成，達到驗收指標，2018年8月23日透過國家驗收，投入正式執行，隨後不久向用戶開放，使中國成為繼美、英、日之後，第4個擁有散裂中子源的國家。方守賢擔任CSNS專案科技委主任，在CSNS建設的各個階段都發揮了重要作用。
位於廣東省東莞市的中國散裂中子源鳥瞰
老驥伏櫪 投身質子治療加速器戰場
2012年10月，中國物理學會加速器分會第9次會員代表大會召開期間，恰逢方守賢先生80週歲生日，組委會安排了一個特別的學術報告單元。會上，5位專家分別報告了北京正負電子對撞機、上海光源、重離子加速器、中國散裂中子源和ADS等方面的發展，方守賢作了題為“質子精確治療與加速器”的精彩報告。
建設質子治療加速器是方守賢多年的夢想，關係人民的健康。在為我國高能加速器的發展作出重大貢獻的同時，方守賢一直在思考如何將高能加速器尖端技術投入國民經濟的主戰場。他曾多次說：“我搞了一輩子的加速器，花費了國家很多資源，現在應該為國家做點事”。經過深入調研，方守賢瞭解到，質子和重離子加速器已成為國際上最先進的腫瘤放療裝備，是對付癌症的有效手段，而國內的研發還是空白。方守賢積極推動並領導質子治療加速器的研究。他認為：質子治療裝備是科技含量極高、投資很大的大科學工程裝置，一般企業無力研製，如國家不大力投入、自主進行研製，則中國的市場必將被國外的裝置壟斷。質子治療裝備在技術上與CSNS相似，又是大科研工程，剛好可以發揮高能所的特長。自2007年起，他在高能所先後指導了多位研究生和博士後開展質子治療加速器的設計研究，進行關鍵技術的預先研究，完成了概念設計。2013年，在上海市政府的支援下，國產質子治療示範裝置正式啟動，上海應用物理所聯手上海交通大學附屬瑞金醫院以及艾普強粒子裝置公司共同研製，方守賢擔任專案總顧問。
在方案設計階段，方守賢先後組織了多次國際和國內研討會最佳化設計，經過反覆比較，確定了同步加速器慢引出的方案，並根據精確治療的理念，親自拍板採用先進的掃描方式和高精度旋轉治療頭，使設計達到了國際先進水平。不同於科研用加速器，醫用加速器是一種具有商業價值的裝置，無法從生產廠商得到相關資料，所有的關鍵技術都要靠自己研發。在裝置和裝置研製過程中，方守賢深入技術第一線，傾聽研發人員遇到的問題，提出解決困難的路徑並鼓勵大家勇於創新，解決了大量關鍵技術難題。
旋轉治療頭能以最佳角度對患者進行治療，是一臺包含束流聚焦、掃描、測量、定位和劑量測量等的複雜系統。這也是方守賢在以往的加速器中沒有打過交道的裝置，國內沒有工廠具備製造經驗，國外也只有日本的日立、三菱和比利時的IBA等少數企業有類似的產品。依靠進口還是自己做？為了加快整個裝置的研發，開始時曾考慮購買一套旋轉治療頭，但經與外商聯絡，不但價格昂貴，技術也不公開。在這樣的情況下，方守賢積極推動國內相關廠家自行研發生產，親自參加並指導旋轉治療頭物理設計，採用了先進的±180度方案，克服了種種技術困難，終於建造成功我國第一臺質子旋轉治療頭。
國產質子治療示範裝置的旋轉治療頭
2018年，第一臺國產質子治療示範裝置建成，進入除錯階段，裝置包括質子加速器、束流輸運線和固定、旋轉和眼束三個治療室。
老驥伏櫪，志在千里；烈士暮年，壯心不已。在這臺質子治療示範裝置從立項到建設的近10年裡，方守賢經常奔波於北京和上海之間，一旦得知專案遇到困難，他不顧年邁體弱，總是在第一時間趕到現場瞭解情況，親自指導工作，提出解決問題的辦法。可誰又知道，他承受了多大壓力，克服了多少困難。方守賢的妻子常年患病，不但不能內助，還需要別人照顧，他常常光顧家政市場，為請不到合適的保姆而苦惱。2019年春節前夕，方守賢前往上海協調專案中的技術問題，卻在完成任務返京後不久病倒，再也沒能回到上海瑞金醫院質子加速器治癌中心，親眼看看首臺國產質子治療裝置醫治病人的情景，永遠離開了他所鍾愛的粒子加速器戰鬥崗位。
粒子加速，國之大賢。方守賢先生把畢生的精力奉獻給祖國的粒子加速器事業，他的崇高精神和卓越人生激勵我們砥礪前行，繼續為實現中華民族偉大復興的中國夢而努力奮鬥。