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华日军的铁蹄下，徐光宪不得不随校转到宁波高等工业学校。??1940年，他考上国立交通大学（现为魔都交大）化学系。
1948年1月，徐光宪借钱自费到华盛顿大学读研究生，但钱很快用完了。为了奖学金，他“背水一战”，以两门功课满分的成绩考入哥伦比亚大学攻读博士学位，主修量子化学。仅两年零八个月，徐光宪就获得了博士学位，因为他在量子化学方面的研究，毕业时被推荐到芝加哥大学做博士后。
当时，摆在徐光宪面前的，是一条通往科学高峰的大道，他在鹰酱的前途一片光明。
但为了参与新华夏建设，徐光宪和妻子高小霞冲破重重阻力，毅然归国投身到祖国的建设之中，他说：“科学没有国界，但是科学家有自己的祖国。”
1971年，徐光宪从下放的赣省鲤鱼洲回到北大化学系，从此加入稀土研究行列。
这是他学术方向上的一次转折。尽管早期在哥伦比亚大学攻读博士学位时，徐光宪的研究方向是量子化学，但1951年回国在北大化学系任教后，他只干了6年就被钱老点将，抽调出来组建技术物理系，任教研室主任，并开始核燃料萃取的研究。
当时，稀土元素中的镨钕分离是世界级的科研难题，因为分离工艺落后，我们只能从国外高价进口，这个难题急需解决，1972年，北大接到分离镨钕的紧急任务，徐光宪挑起重担。
在拥有分离技术前，我国长期只能向国外出口稀土矿原料，然后再进口稀土制品，损失极大。
接下任务时，国际上分离稀土通行的办法是离子交换法和分级结晶法，但这两种办法都存在提取成本高、提取出的稀土元素纯度低、无法适应大规模工业生产的问题。
徐光宪决定另辟蹊径，采用自己在核燃料萃取中研究过多年的老法子——萃取法来试验，仅用4年时间就成功实现了稀土串级萃取分离。
当时的稀土第一大厂魔都跃龙厂决定第一个尝试他的技术。一排排看似貌不惊人的萃取箱像流水线一样连接起来。
只需要在这边放入原料，在流水线另一端的不同出口就会源源不断地输出各种高纯度的稀土元素。
此后几年，徐光宪将这一理论不断完善，并设计出适用于工业生产的模型。
1984年7月15日，包头迎来了我国稀土产业发展史上里程碑式的胜利——设备开启，运转仅9天就拿到了合格的纯钕产品。
1978年，徐光宪开办了“全国串级萃取讲习班”，将这一技术免费向全国推广！国外稀土厂家无论如何也想不到，被视为最高机密的稀土分离技术，因为徐光宪的无偿推广，这一在当时和今天都是领先世界的技术，在我国竟然成了连乡镇企业都能掌握的工艺。
发达国家在国际稀土市场的垄断地位很快被打破，由于我国高纯度稀土大量出口，国际稀土价格下降了30%-40%！一些长期霸占世界市场的稀土“垄断国”不得不减产、转产甚至停产，一股中国旋风在世界稀土市场上雄劲地刮了起来。
立足基础研究、着眼国家目标，不跟着外国人跑，自己走自己的创新之路！徐光宪还没有满足。经过艰苦探索，他带领团队又有了新的突破，传统试验被计算机模拟代替，使稀土生产实现自动化。