柳衛平:從原子到恒星,核物理是他的科研“圓心”

2020-05-21 14:48:22 來源: 中國科技網-科技日報 作者: 陳瑜

柳衛平在調試核天體物理實驗的探測器。受訪者供圖

人物檔案

柳衛平,從事核物理和核天體物理研究,現任中國原子能科學研究院副院長、亞洲核物理聯合會(ANPhA)主席、串列加速器核物理國家實驗室主任、抗輻射國家級應用中心主任。曾獲國家科技進步二等獎、全國勞動模范、國防科技進步一等獎和國防科技創新團隊獎等獎項。

“核物理研究就像一個奇妙的游戲,我和同事如同一個個大小孩’,合起伙來‘搭積木’,共同還原核物理的終極真相?!?/p>

恒星如何演化?構成物質世界的元素從何而來?近日,中國原子能科學研究院(以下簡稱原子能院)核基礎和核數據創新團隊聯合國內外6家科研院所的同行,通過在串列加速器上對核天體物理反應的高精度測量,加深了人類對恒星演化的理解。這一研究成果發表在國際物理學頂級期刊《物理評論快報》上。

“這個學科國內外競爭非常激烈,我們能夠一直保持相對領先地位,得益于不滿足現狀、總想去做一些更有挑戰性的研究和探索?!睂υ幽茉焊痹洪L、核基礎和核數據創新團隊帶頭人之一的柳衛平來說,這也是他個人科研心得的濃縮。

用最微觀的研究解決最宏大的問題

休閑西服、休閑鞋、雙肩包,柳衛平的著裝符合人們對科研人員的常規印象。但有別于一般科研人員,柳衛平非常健談,他將外向的性格歸因于多元化的成長經歷:生于沈陽,3歲到北京,輾轉浙江,9歲去貴州,17歲又從貴州考到北京大學。

柳衛平對新鮮事物的興趣與生俱來。在物質匱乏的上世紀70年代,《十萬個為什么》成為柳衛平的啟蒙讀物,書甚至被翻爛。

受在民航系統工作的父親影響,柳衛平從小喜歡航模。1977年,15歲的柳衛平還是貴州一名初三學生。他給當時的北京航空學院(現北京航空航天大學)辦公室寫了封信,大意是自己特別喜歡航模,但又缺乏資料,能不能給寄點?讓柳衛平沒想到的是,對方真的給寄來了資料。他喜出望外,找來幾個同伴一起,讓航模飛了起來。

“我當時的夢想其實是考北航,做飛機設計師,去設計大飛機?!弊屃l平沒想到的是,夢想在高考后發生了改變。按照高考成績,柳衛平可以選擇北大或者清華?!爱敃r流行‘學好數理化,走遍天下都不怕’,北大在貴州招生的技術物理系帶了物理兩個字,所以我選了核物理?!?/p>

機緣巧合進了北大后,柳衛平對外界看來晦澀的核物理發生了濃厚的興趣?!八茄芯课⒂^世界的,但能量密度又特別高,可以說是用最微觀的研究解決最宏大的問題。核物理研究就像一個奇妙的游戲,我和同事如同一個個‘大小孩’,合起伙來‘搭積木’,共同還原核物理的終極真相?!?/p>

開啟探索核物理世界的大門

1987年,25歲的柳衛平被選派到日本理化所做訪問學者。

當時,日本理化所新建成一座回旋加速器。柳衛平一到日本,國際知名核物理學家谷畑勇夫(Tanihata)教授就任命他為尋找新核素的課題組負責人。在日本理化所加速器中心歷史上,這是首次由外國人擔此重任。

柳衛平迎來人生中第一次重大的挑戰?!凹热蛔屛邑撠?,我就一定要把項目做好?!辈环數牧l平憑借扎實的知識基礎,刻苦鉆研,提出了一整套行之有效的尋找新核素的方案。

遺憾的是,臨實驗前,加速器的半導體探測器受潮影響使用,不得已換了另外一個探測器,結果后者分辨率不夠高,實驗的成果只在內部刊登,沒有發表在學術刊物上。

“假如那個探測器沒壞,可能是一個比較大的研究成果了?!钡l平慶幸的是,該實驗開啟了自己探索核物理世界的大門,進一步增強了探索的興趣和自信。

值得一提的是,此后日本和美國使用了與柳衛平上述實驗類似的構想,最終合成和鑒別了包括鎵-61、鍺-63兩個核素在內的一系列豐質子新核素。

填補次級放射性核束物理實驗空白

1989年,柳衛平作為訪問學者的期限已滿,面對日本理化所負責人的竭力挽留,他還是回來了。

“與其做裝備精良的發動機上的一個齒輪,不如做一個相對比較粗糙的發動機的重要大梁?!睂懺谌沼洷旧系囊痪湓?,透露了柳衛平的心跡。

上世紀80年代以來,國際上對次級放射性核束的研究與應用方興未艾,但從事這方面研究首先得有一個產生次級放射性束流線的實驗裝置。

1990年,28歲的柳衛平和56歲的原子能院核物理所研究員白希祥結成老少搭檔,開始了對這一課題的探索。

自己白手起家建造實驗裝置,難度和挑戰不言而喻。柳衛平形容,就像“要自己制造出一臺照相機再學習照相一樣”,一切要從零開始。

為設計出實驗裝置,柳衛平拼命學習以前沒有涉及的知識,和白希祥開展了無數個日日夜夜的計算和實驗。為節約資金,他們甚至從退役10多年的我國第一臺回旋加速器上,拆下兩極磁鐵和四極透鏡作為主要部件用在了新裝置上。

1993年11月20日,當柳衛平和同事們在熒光紙上看到代表出束成功的束斑時,他激動極了——首戰告捷!

這是一條立足現有條件、具有先進物理思想和技術路線的束流線,并在世界上首次產生了低能碳-11和氟-17次級束,其技術水平與美國、日本同類裝置相當,填補了我國在次級放射性核束物理實驗和應用領域的空白!

有了自己設計的“照相機”,柳衛平開始琢磨如何拍攝好照片。

早在上世紀60年代,物理學家就發現了太陽中微子失蹤現象,但幾十年都難以定論,急需用不同的測量方案對中微子產生截面進行交叉驗證。

1995年,柳衛平從一份文獻上得到靈感,并和白希祥一起,經過反復計算,提出并實施了一個獨特的次級束流線實驗方案,得出了“太陽中微子失蹤現象來源于非核物理截面因素”的科學結論。

這個實驗成果的相關論文當時在《物理評論快報》雜志上發表,成為該刊創立40年來第一次發表的中國實驗核物理領域的論文。

在錦屏開展核天體物理實驗

面對成績,柳衛平卻有著極強危機感,覺得必須開拓新領域。

這幾年,他正帶領他的團隊在地下數千米的錦屏開展核天體物理實驗,探究宇宙中的元素起源和恒星演化?!拔覀儗⑾蚝颂祗w物理研究領域最關鍵的‘圣杯’反應的直接測量發起沖擊?!?/p>

柳衛平不僅能力強,而且還甘當人梯。2000年7月,他開始擔任原子能院核物理所所長。

人造衛星、宇宙飛船里有很多重要的電子元器件。衛星在太空中飛行時受到強烈的空間電離輻射,元器件會失效。柳衛平課題組原來做的是重離子核物理基礎研究,為了成功轉變研究方向,他通過公開競聘的方式挑選出新的課題組帶頭人,帶領團隊開始做電子元器件的抗輻射加固研究。如今這個方向已蓬勃發展成為國家級抗輻射應用中心。

當年與柳衛平同窗四年的40多位同學,出國的出國,經商的經商,搞研究的也早已跳出了核物理這個圈子,只有柳衛平等少數人還堅持在核物理領域的前沿探秘。

中子,是組成原子核的基本粒子之一,不帶電,很容易打進原子核內引起各種核反應?;蛟S,正因對中子有著深刻的理解,柳衛平的人生也與中子有了幾分相似:做科研時,像實驗室里的高速中子,不斷去探索原子核物理的科學前沿;走上管理崗位,又像反應堆中的低速中子,引發裂變反應,把科研人員集體的智慧激發出來。

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責任編輯:何沛蓯

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