從文明奇觀到千家萬戶——粒子加速器菜鳥筆記

From Wonders to Daily Life

A Rookie’s Note for Particle Accelerators

羅箐

中國科學技術大學國家同步輻射實驗室

前言

謝邀，人在單位，剛離開中控室。

近期工作較多，拖了比較久，被催稿的瘋狂程度僅有人力資源部給我們的壓力可以比擬，特此感（qian）謝（ze）。

粒子加速器，顧名思義，是用人工方式加速帶電粒子的裝置。本文寫作的目的是對粒子加速器作為一個行業的來龍去脈進行極其簡單的介紹，面向的對象是行外感興趣的朋友或者將入行的本科生和研究生們。

從事科研工作十餘年、教學工作八年以來，常常感到自己的知識儲備還很不夠、努力程度也還不足，再加上行文倉促，一家之言以及錯誤疏漏都是難免的，因此，姑且用我們上個世紀大學生的習慣，命名為「菜鳥筆記」。文章參考了很多同行前輩和朋友的講義、報告和論文，難以一一提及，在此謹表示感謝。

大科學時代與粒子加速器

翻開現代科學史，我們將會發現，以二戰為分界點，人類科學發展的模式有了巨大的變化。戰爭期間，發達國家網羅大量科技工作者，組成之前歷史上從未有過的大規模團隊，在同一戰略目標之下分工協同。這一工作模式推動了一系列關鍵科學技術突破，從中獲益極大的美國在戰爭結束後率先引入了「國家實驗室」的概念，建設以諸多大型粒子加速器為代表的大科學裝置群、部署系列大型研究計劃。冷戰期間主要發達國家共建設了幾十個國家級研究中心，例如美國的阿貢國家實驗室（ANL）、勞倫斯-伯克利國家實驗室（LBNL），俄羅斯的布德克核物理研究所（BINP），以及日本的高能加速器研究機構（KEK）等。隨著冷戰結束，這種趨勢更進一步發展為全球性科技合作，典型的例如歐洲核子研究組織（CERN）周長27公裡的大型強子對撞機（LHC）、多國科學家共同完成的人類基因組計劃、16國共同建造的國際空間站，以及全世界主要核國家和主要發達國家共同參與、目前正值發展關鍵時期的國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）等。可以說，二十世紀八九十年代以來，科技的發展已經正式進入了「大科學」（Mega Science）時代，為推動人類對世界的認知變革、帶動多個領域的突破，需要花費巨額的投資、組織數以百千計的研究人員、經過漫長的周期、完成海量的工作，因此非一個單位所能完成，甚至需要多國合作。當前，諸多重大科學工程和研究計劃已成為各主要國家科技發展戰略的核心支撐力量。

圖1 工程師們站在LHC的超導磁鐵旁邊。超導磁鐵由美國的Fermi實驗室建造。

圖2 第一張黑洞照片。結合世界各地的射電望遠鏡同時協調，形成口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡，全球30多個研究所的200多位科研人員參與。

其中，大科學工程或稱大科學裝置是建設性項目，與有指定目標的研究性項目有所區別，它們主要側重大型核心科研設施的建設與運行，通過向外界用戶提供具備獨特條件的研究平臺，在一個相當長時期內推動相關學科的整體發展。在我國，大科學裝置也常被稱為「國家重大科技基礎設施」。

在諸多不同類型的大科學裝置中，粒子加速器具有相當獨特的地位。一方面，歷史上，最初的大科學裝置大多是用於基礎物理研究的加速器，其發展也推動了諸多新技術的產生，「網際網路和第三次科技革命誕生於加速器實驗室」已經是為科學家們津津樂道的入門小故事。另一方面，從機理上來說，與其他一些裝置不同，加速器大科學裝置往往不直接觀察、測量和記錄科學事件，而是先「製造事件」，再進行觀測。典型的如各類對撞機，是先加速粒子進行對撞，然後探測產生的事例；各種同步輻射光源則是先加速電子並產生光，再用光作為顯微工具。這種機理是粒子加速器在物理學、化學、材料和生物學等多個不同學科的前沿均發揮重大作用的前提。迄今為止有四分之一到三分之一的諾貝爾科學獎與加速器有關，特別是在物理學和化學獎中可能達到一半。

除了大型裝置之外，中小型粒子加速器也有自己的用途，而且不僅局限於在大型實驗室中扮演主角，例如：在科研領域，可開展質譜分析、核物理研究，或模擬宇宙空間環境等；在工業領域，可提供輻照加工、離子注入、無損檢測等；在農業、生物學和食品領域，可進行輻照育種、輻照保鮮和滅菌、除蟲等；在醫學領域，還可用於生產醫用放射性同位素和輻照治療等。

在今天，假設有一位讀者清晨起床，一邊吃早飯一邊打開手機，早飯裡的火腿、麥片可能經過輻照保鮮，網絡信號多半由經過離子注入的晶片處理和傳遞；出門乘坐地鐵的時候，隨身攜帶的包需要經過加速器的安檢；晚上與親密愛人分享來自荷蘭的巧克力，而讓巧克力更美味的製造方法，可能仰賴在同步輻射光源上對可可脂分析研究的結論。可以說，粒子加速器雖然以人類文明建造的「大型奇觀」為起點，今天卻已經成為了千家萬戶日常生活的一部分。

粒子加速器概述

顯然，粒子加速器設計和建造的基本宗旨是為了定製具有指定品質的帶電粒子束，以下稱為束流（beam，束流也可用來指代光子束），一個beam可能由若干個束團（bunch）組成。一臺粒子加速器的基本構成必然包括粒子源、加速電場、傳輸裝置和粒子利用端，例如，一臺老式CRT顯示器就是一臺加速器，從電子槍中打出電子，由石墨電極提供高壓加速，經過偏轉線圈打在螢光屏上發光。

不同領域的科學家或工程師將工作需求轉換為對束流性能的要求；加速器物理學家據此設計和建造加速器，在此過程中，自然地，還需要高品質的粒子源，以及精確可靠的束流測量與控制技術。對已建成的加速器，可能發現束流未曾預料的新特性或新現象，可滿足預期目標之外的用途，從而催生新的專用裝置類型；對難以實現的性能指標，又需要發展新的原理與技術；這些都推動了加速器科學技術的發展，並再次帶動了新一輪需求的產生。下圖描述了這一發展循環。

圖3 束流物理與加速器技術的發展循環

科學家們在加速器上建立了現代核物理與粒子物理學科。在此過程中，原來僅僅是高能物理加速器寄生產物的同步輻射日益受到重視，利用它研究化學、材料科學和生物學等的專用光源應運而生，並迅速得到推廣，目前世界上的大型同步輻射光源可能超過60臺。在大型加速器裝置上獲得使用的新原理、新技術往往又會迅速應用到小型裝置上並商品化。粒子加速器就是這樣從人類文明頂點的工業奇觀起步，逐漸影響到千家萬戶的。

圖4 世界同步輻射光源的分布

帶電粒子是如何加速的呢？基本的物理很簡單，帶電粒子可受到電磁場的作用，不帶電的粒子則不受力。電場力將粒子勢能轉換為動能，垂直於粒子運動方向的磁場產生洛倫茲力。因此，只有電場才能夠加速粒子，而磁場作用下粒子方向可以發生偏轉。

很容易想到直接利用直流高壓電場來加速粒子，這就是最早出現的加速器類型：高壓加速器，包括靜電加速器和倍壓加速器等。這種加速器最關鍵的原理當然是如何產生和維持高壓。電氣工程學的發展曾為早期高壓加速器的發展提供了保障，例如1929年荷裔美國科學家範德格拉夫（Van de Graaff）發明的範德格拉夫起電機，它可以提供幾兆伏的高壓。完善和發展這項發明的人包括MIT教授屈潤普（John G. Trump），我國核物理和加速器事業的開拓者之一趙忠堯先生在他的幫助下學習了靜電加速器的知識，回國後利用他支援的退役加速器部件建成了我國第一臺靜電質子加速器。在當前，這位屈潤普教授的侄子遠遠比他更為有名，他的姓如今被翻譯為「川普」。

即使是幾十兆伏的高壓加速器，仍然屬於低能量範疇，再往上提升電壓是很困難的；很自然地，人們會考慮，既然高壓難於獲得和維持，是否可以利用相對低的電壓來反覆加速同一束流，從而獲得高能量呢？在這種指導思想下產生的加速器包括感應加速器和共振加速器。

顧名思義，感應加速器是利用變化的磁場激勵起感應電場，利用感應電場來加速粒子。典型的如1932-1940年間發明和完善的電子感應加速器（圖5），如果用交變電場勵磁產生交變磁場，再由交變磁場激勵起交變的渦旋電場，在設計合適的情況下，1/4個周期內電子可以沿平衡軌道旋轉並加速百萬圈，從而獲得幾十MeV的能量。直線感應加速器的原理與之有相似之處，能量可能達到更高，而流強可以達到數千A。

電子感應加速器同樣有能量限制，原因從圖5中可以看出，只有1/4個周期可以用來加速電子，否則磁通變化反向，電子將被減速。那麼，我們會想到，仍然採用周期性變化的電場，但是讓粒子只有在指定空間內才能看到電場周期的指定部分（譬如說，波峰）；指定空間外，粒子走、電場也變，但是互相看不見，不就可以了嗎？當粒子走出指定空間時，電場被屏蔽，粒子運動時電場持續變化、下一次再經過指定空間時看到的電場又已經變化到上一次同樣的相對位置（稱之為「加速相位」），電場變化與粒子運動「共振」，這就是所謂的「共振加速器」。

圖5 電子感應加速器原理示意（《加速器物理基礎》，陳佳洱等著）

最早出現並成熟的共振型加速器是歐內斯特·勞倫斯（E. O. Lawrence）於1931年發明的回旋加速器。恆定磁場中放置兩個D形盒電極，粒子迴旋一圈經過兩次D電極的間隙，加速兩次，電隙之外由磁場偏轉並迴旋。經典回旋加速器的成立條件，由高中物理的知識可以知道，要求磁感應強度和粒子質量之比為常數，旋轉頻率可以是一個常數並與電場變化頻率諧振，而與離子的速度或軌道半徑無關。

圖6 經典回旋加速器原理示意（《加速器物理基礎》，陳佳洱等著）

這個條件顯然不適用於相對論條件下的高速粒子。考慮到相對論效應，經典回旋加速器的改進方向有二：在等時性回旋加速器中，高頻電場不變，磁場的平均強度沿半徑方向與離子的能量同步增長，使離子的旋轉周期在加速過程中始終保持恆定，不隨能量而變，從而保證迴旋的等時性；在同步回旋加速器中，則是高頻加速電壓與粒子迴旋頻率的變化同步，從而保證始終與粒子共振。這兩種方法分別要求對磁鐵的精密加工和對高頻的精確控制，因此直到20世紀四五十年代後計算機、精密加工和微波高頻技術成熟之後才得到迅速的發展，並使得離子加速器進入中能階段。其中，同步回旋加速器也叫做穩相加速器，其得名是因為40年代發現的「自動穩相原理」，該原理保證了絕大部分共振型加速器中相位、能量與理想粒子稍有偏差的粒子也能一同被穩定加速，從而獲得較大的電流。回旋加速器和穩相加速器的磁場一般來說都是固定不變的。

回旋加速器和穩相加速器的加速過程中，粒子軌道半徑由小到大變化，磁鐵需要覆蓋很大的面積，大型磁鐵需要使用巨量的銅材、鋼材並消耗很高的功率，這限制了加速器能量的進一步提升，一般的等時性回旋加速器能量僅延伸到中能區範圍。為了克服這個問題，讓我們重新回顧之前電子感應加速器的平衡軌道，假定我們仍然採用類似迴旋共振的辦法，但將束流的軌道固定，只需要初始束流具備一定的能量，就可以不斷升高磁場來約束不斷加速的束流，這樣就可以只在環形軌道上布置磁鐵，省去大量的代價；整塊環形磁鐵的加工安裝仍然存在困難，進一步的將整塊環形磁鐵分離為多塊磁鐵，中間用直線真空管道連接，這樣就形成了一種新的加速器類型：同步加速器（圖7）。同步加速器一般都需要前級加速器作為注入器，其本身也可以不為粒子升能而只是存儲粒子以供實驗，此時稱為儲存環。相對論性粒子束在磁場中受力彎轉的時候發出強大的輻射，覆蓋長頻段、具備高亮度和高準直性等優點，這種輻射最早就是在同步加速器中發現的，因此被稱為同步輻射。

上面所有的討論集中於粒子如何獲得能量。事實上，束流中的粒子不可能同時存在於同一個點上，必然有一定的能量、位置與角度分布，實際上是大量粒子沿著平衡軌道一邊振蕩一邊前進，因此加速器物理的另一個重要問題是聚焦。早期的加速器利用同一磁鐵實現兩個方向的同時聚焦，一般讓磁場隨半徑增大而下降來保證束流在垂直軌道平面的方向（軸向）聚焦，同時又限制磁場下降的速度以保證束流在指向軌道旋轉中心的方向（徑向）聚焦，這兩個方向因為都垂直於粒子運動方向，所以統稱為橫向，相應的，粒子運動方向稱為縱向。顯然，這樣的做法不可能在兩個方向都同時提供很強的聚焦力，限制了束流品質的提高；隨著能量提高，即使是同步加速器仍然會遇到真空室尺寸過大、造價高、耗電多的瓶頸。如果我們回顧高中物理的知識，可以發現，一定條件下，一塊凸透鏡和一塊凹透鏡組成的組合透鏡系統是聚焦的，這個現象背後的本質是數學計算的客觀規律。1952年，歐內斯特·科朗特（E. D. Courant）利用類似的原理，在粒子軌道上交替排布軸向聚焦但徑向散焦和徑向聚焦但軸向散焦的磁鐵，最終實現軸向和徑向都聚焦。這種排布可以提供極強的聚焦力，為現代最重要的加速器類型——交變梯度強聚焦共振加速器的出現奠定了基礎。這種加速器既可以是射頻直線加速器，也可以是環形的同步加速器；它們利用二極鐵彎轉束流，利用交替排布的四極鐵聚焦束流（圖7）。交變梯度強聚焦加速器之父歐內斯特·科朗特，是哥廷根學派重要成員理查·科朗特（Richard Courant，1888-1972）之子；1995年，歐內斯特·科朗特被中國科學技術大學聘為名譽教授。

共振加速、自動穩相和交變梯度強聚焦的陸續出現，最終攻克了通往巨型粒子加速器文明奇觀的三道難關。從上世紀60~70年代以來，大部分加速器大科學裝置都是同步加速器或直線加速器，束流能量從幾百MeV跨越到幾TeV。其建造過程推動了一系列科學技術的進步，其運行開放也帶來了多個不同學科的無數重大發現。目前常見的加速器類型見表1。在當前，低能量的加速器多為民用和醫用；中等能量的加速器一般用於小型實驗室和面向工業的檢測用途；中高能加速器往往既可作為核與粒子物理實驗研究平臺，也可作為同步輻射光源提供多學科（主要是化學、材料和生命科學）的顯微平臺；更高能量的加速器則主要用於核物理和粒子物理研究。總的來說，粒子加速器可以定製束流，而定製的束流與物質相互作用的效應能夠為人們利用。按照通用的劃分方式，核技術是基於原子核科學、粒子加速與射線產生的原理和方法，利用射線與物質相互作用而產生的物理、化學或生物效應為人類服務的交叉學科領域，劃分為兩類：一類是核武器和核能源，一類是除此之外的所有「非動力核技術」。粒子加速器物理與技術正是非動力核技術的核心驅動力量。

圖7 分離作用同步加速器和四極磁鐵

表1 常見加速器的分類

大科學裝置的前沿

從之前的總結中，我們可以簡單地推出結論，粒子加速器的核心問題有二：第一，如何加速？第二，如何聚焦和提高束流品質？延伸開來，還有兩個拓展性的關鍵問題：如何獲得初始的注入粒子束？如何測量粒子束，使我們知道它的品質符合要求？實際上，我們可以說，束流物理與加速器技術的絕大部分工作，都是圍繞這四個問題所展開的。在美國物理學會中，為此單獨成立了束流物理部門，其地位與凝聚態物理、粒子物理等地位相當（Division of Physics of Beams），出現了很多優秀的加速器物理學家。

近十年來，下一代加速器大科學裝置的概念正在形成。例如：在核物理領域，中國的中科院近代物理研究所和美國的布魯克海文國家實驗室（BNL）等都在研究EIC，即電子-離子對撞機；在高能物理領域，分為高能量前沿和高精度前沿，其中，在高能量前沿，國際直線對撞機ILC漸漸淡出視野，取而代之的是歐洲的未來環形對撞機FCC-ee和中國的大型環形正負電子對撞機CEPC這樣兩個雄心勃勃而又充滿爭議的方案；在支撐多個學科特別是材料科學的同步輻射光源領域，世界各地紛紛開始興建或研究的，是基於超導直線加速器的高重複頻率X射線自由電子雷射（FEL）和基於超低發射度電子儲存環的衍射極限儲存環光源，已建成的例如瑞典隆德大學MAXIV光源，正在建設中的例如美國先進光子源APS-U、中國中科院高能所承建的高能光源HEPS和中科院上海高等研究院承建的硬X射線自由電子雷射裝置，正在預研中的例如中科大國家同步輻射實驗室合肥先進光源HALF等。

上述多個大科學裝置的科普性介紹，在網際網路上俯拾即是，在此不再贅述。單純就其共性來說，以環形加速器為例，無論是環形超級對撞機，還是衍射極限儲存環同步輻射光源，最核心的要點在於，約定能量的同時要提供比現存大部分加速器強得多的橫向聚焦。對於對撞機來說，強聚焦使得對撞點的束流包絡縮小，可以簡單理解為束團尺寸減小，那麼單位時間、單位面積上出現的粒子數量就顯著增加，對應的，粒子對撞的事件發生率（稱為對撞機亮度）和累積事件數大幅上升，為研究基本粒子及其相互作用提供了強大而不可或缺的工具。對於同步輻射光源，強聚焦使得束流橫向發射度（可理解為由束團內所有粒子橫向的位置、散角所構成的相空間內所佔的面積）減小，也可以簡單理解為發光的光源尺寸減小，同步輻射光的亮度與橫向發射度平方成反比，在亮度迅速提升的同時，對於束流發射度小於其波長/(4π)的同步輻射光，可以認為其橫向全相干，高亮度相干光源對於多種前沿學科的研究有極其重要的作用。

強聚焦的好處如此巨大，對應的代價自然也十分沉重。最典型、最首要的問題是動力學性能如動力學孔徑和動量接受度等的惡化。以動力學孔徑為例，我們知道粒子在加速器中是沿著軌道振蕩的，那麼，其橫向振蕩存在一個穩定區，我們稱之為「動力學孔徑」，躍出粒子動力學孔徑的粒子就會丟失。在下一代大科學裝置中，為了提供強聚焦，四極鐵的強度大為提升，所產生的束流「色品」需要補償；簡單來說可以理解為，把四極鐵當成光學中的透鏡，四極鐵越強，動量不同的粒子經過四極鐵後的偏差就越大，類似透鏡中的色散現象，絕對值大的負色品會導致束流丟失。為了補償色品，需要增大六極鐵等非線性元件的強度，而強大的非線性將導致動力學性能急劇惡化。首先是難以獲得很好的動力學孔徑，一般來說，目前正在設計的大型儲存環光源的動力學孔徑常常只有2-5毫米，與現有的同步輻射光源相比小了一個數量級；對於在研的下一代正負電子對撞機，動力學孔徑甚至難以優化到10σ以上（σ為束團橫向尺寸）。其次，孔徑等動力學性能指標的下滑會導致現有的多種成熟技術無法繼續採用，甚至束流壽命等相關的束流品質指標也會下降。

另一個關聯問題是集體效應。上面我們討論的所有物理問題，多半是「單粒子動力學」，單粒子動力學的含義不是說「只有一個粒子」，而是認為粒子與粒子之間沒有相互作用，「粒子的悲喜並不相通」；而顯然，粒子與粒子之間是存在相互作用的。最容易理解的例如，我們知道束流中的粒子都是帶相同電荷的，那麼，將束團壓得越「小」，庫倫斥力就越強，束流品質越容易被破壞。除此之外，在對撞機中，還存在對撞點處碰撞束流間的束-束效應、軔致輻射等等。既然咱們畢竟不是在上加速器物理課程，就不再一一羅列了。總而言之，各種集體效應可能誘發束流的各種不穩定，後果不太嚴重的可能使得束流壽命縮短、品質下降，後果嚴重的可能直接導致束流丟失，稱為「相干不穩定性」。

對未來加速器大科學裝置的束流物理研究，主要的工作就是優化與平衡上述問題。在這裡，我們使用的詞不是「解決」，而是「優化與平衡」，這是工程科學與基礎科學最大的區別所在。與其他的物理門類相比，束流物理偏向於解決問題、提供方案，所有的結論都必須切實可行，而其他的物理門類更側重於觀察現象和提出解釋。在實際的工程設計與建設中，我們很難得到「所有性能指標都完美」的解答，一般只能根據現有技術水平或者可預期的技術發展，在各種性能指標中尋求一個平衡的綜合最優解。為此，要分清各指標的權重和優先順序，再考慮工程代價等因素；「獲得一個或幾個突出指標並發表論文」，並不是加速器物理學家的首要工作。

回過頭來看本節的開頭，我們仍然有一個要點待提及。超高加速梯度的新加速機制始終是本學科的前沿，目前最亮點的工作主要集中於雷射和等離子體尾場加速領域，但綜合考慮束流品質和成本，距離建設向用戶開放的科學裝置尚需時日。

學科的發展

回首過去六十年，中國粒子加速器事業的幾代前輩嘔心瀝血，為我國大科學裝置的建設和核科學技術的發展做出了卓越的貢獻。當前，世界各地再一次興起了加速器大科學工程的建設熱潮；同時，粒子加速器作為非動力學核技術的發動機，在人民生活中越來越發揮重要作用，在涉及工業、農業、醫療健康、環境保護、資源勘探和公共安全等領域，未來可能達到數萬億美元的市場規模。可以說，當前正是粒子加速器學科發展的最佳時機。

另一方面，我國的大科學工程事業發展至今，也存在著一些缺憾，在未來的歷史進程中，隨著我們的決策和管理更科學，這些缺憾或許會得以彌補：

首先，某些時候存在著「重政治，輕科學」的傾向。如歐洲的LHC建造完成後，其運行設置了若干個階段性指標，如試運行Pilot、標準運行Nominal以及遠期目標Ultimate，並不認為沒有達到Ultimate指標就不可通過驗收。而我國的科學工程建設或大型設備研發，某些時候可能預先設置特別搶眼的指標，也沒有分步的調試計劃，最終驗收嚴格遵循指標自然困難重重。而如果不設置超額指標，又難以爭取立項。來自政治習慣和競爭機制的壓力可能是大部分科研工作者都經歷過的考驗。

其次，很多時候存在著「重建設，輕運維」，「重首次，輕升級」的「一步到位」思想，對大裝置首次運行的指標特別重視，而對後續持續升級的支持不足，影響了工程科學性、先進性的保持和總體效益的發揮。事實上，大科學裝置是長期運行中取得收益的設施，在此期間要不斷地通過調試和規模不等的升級保持其性能維持在領域前沿，才能充分發揮其作用。

最後，現行體制下工程人才隊伍嚴重缺乏。我國科學界優秀的論文越來越多、很多領域優秀乃至傑出的俊才層出不窮，但對大科學工程的人才培養則相對滯後。以加速器光源為例，我國在化學、生物學和材料科學領域人才濟濟，不少省屬高校都有領軍學者，工程建成後的用戶專家隊伍是相對能夠保證的；而其前提條件，即能夠拓展新工程方向、保障工程建成、不斷改進提升其性能的工程專家卻極大不足，2011年至2019年間，全國粒子加速器大科學裝置領域僅有6人入選「四青」級國家人才計劃。其後果顯而易見：一來，在高校待遇看帽子與論文、職稱競爭日益激烈化和殘酷化的今天，高校中培養和吸引工程技術人才日益困難；二來，產業界加速器人才日益受歡迎的情況下，加速器專業的招生總體上仍可勉強保證，但畢業後進入科研單位工作的比例和質量總體呈下滑趨勢。

在可預見的未來，大型粒子加速器的相關研究將仍然是本學科的核心前沿，高品質束流的實現與測量、對新加速器原理的探索與實踐仍將是主要的話題。另一方面，隨著粒子加速器與人民日常生活的聯繫日益緊密，束流物理與加速器技術學科的發展也將日益與其他工程學科趨同，在小型儀器儀表、民用產業領域持續不斷地深入其影響力。產業界對人才的吸引力日益上升，這是工程學科人才培養貼近應用、貼近生產力的合理發展趨勢，並不可能由行政命令所扭轉；反過來，當加速器學科培育了重要的產業，也就能像計算機、儀器、化工和製藥等領域一樣，由市場真正反哺科學。只有當我們能隨時從市場上以市場價格募集優秀的加速器人才，「化零為整」來承接大科學工程，才能夠在工程結束後將其中相當一部分還給產業界，「化整為零」。這是實現人力資源、技術資源和管理資源的供給保障的根本途徑。如果要談粒子加速器學科如何融入「新工科」的發展，推進前沿原理性研究和產業應用性研究將是重要的策略。或者說，只有不斷推進前沿原理性研究和產業應用性研究，才能在長遠的未來保障大裝置的建設的完成與工程能力的提高。

尾聲

從「文明奇觀」走下神壇，走向「千家萬戶」，是科學發展的普遍規律，也是粒子加速器學科發展的自然選擇。

當前，一批新的大科學裝置正在建設或預研中，還有全國多個城市和單位正提議興建大科學裝置，這將為加速器學科的發展提供豐沃的土壤。不過，加速器學科的飛躍發展還不能算是「已經看得見桅杆尖頭了的一隻航船」；這或許是一兩聲心跳或胎動，而我們正熱切期待著一聲初啼。