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探索恒星,我们永不止步
发布时间:2020-05-12   来源:中国核工业集团有限公司 

  “恒星如何演化?构成物质世界的元素从何而来?”核物理界对这些根本问题的认识又向前迈进了一步。


  近日,中国原子能科学研究院核基础和核数据创新团队成员郭冰、谌阳平联合国内外6家科研院所的同行,获得了高精度的16O基态渐近归一化系数,得到了12C(α, γ)16O高精度数据,澄清了国际数据间240倍的分歧,这将加深人类对恒星演化的理解。这一研究成果发表在国际物理学顶级期刊 Physical Review Letters (《物理评论快报》)上。


  据原子能院副院长、核基础和核数据创新团队带头人之一柳卫平介绍,这只是该团队取得的众多关键成果之一。自1990年创新团队成立以来,团队传承和发扬朱光亚、钱三强、王淦昌、于敏等老一辈科学家以身许国、敢为人先、严谨求实的科学精神,团结协作,集智攻关,不仅开创了我国核天体物理和核数据基础学科,而且在放射性核束物理、新型实验方法和技术、关键核数据测量、核能应用核数据评价建库等方面取得了重要突破,形成了对核基础研究、先进核能和国家安全有关键意义的应用及基础数据库,全面支撑了我国基础创新、先进核能研发、国家安全需求。2019年,该团队当选国防科技创新团队。


  坚持国家利益至上,以满足国家需求为先


  核物理学家认为,12C(α, γ)16O反应速率直接影响恒星的演化进程,也是生命起源的种子,因此被视为核天体物理研究领域的“圣杯”,而对其精确测量被公认为是核天体物理最关键的科学问题之一。


  同为核基础和核数据创新团队带头人之一的张焕乔院士说:“这次研究成果最重要的意义就是给出了间接方法ANC精确值,澄清了国际数据间240倍的分歧,同时给出12C(α, γ)16O反应精确的天体SE2(300)因子,是非常难能可贵的。”他指出“科学工作者的使命就是认识自然规律,揭示科学现象,提出理论阐释,归根结底就是要服务于国家、服务于社会、服务于人类。老一辈核科学家坚持国家利益至上,以满足国家需求为先,给我们树立了很好的榜样。”


  1955年1月15日,毛主席在中南海党中央书记处扩大会议上确立了发展中国原子能事业的宏伟任务,钱三强、何泽慧等一批世界知名核科学家纷纷响应,积极开创我国核事业。


  “老一辈核科学家的首要任务是开展‘两弹一艇’的研制,这是保障国家任务,基础研究就要主动让路。但他们在完成任务当中,也十分关心基础研究。”张焕乔回忆说。1956年,刚从北京大学核物理专业毕业的张焕乔也加入这份光荣的事业之中,只是工作方向不是核反应基础研究,而是核数据测量。


  其实那时,为了让中国人民早日挺直腰杆子站起来,钱三强、何泽慧、于敏等老一辈核科学家也都投身到了核数据会战之中,承担了我国核数据研究急需任务。


  对此,柳卫平解释到:“这是因为核数据作为核能发展的基础数据,直接关系到核装置和核工程等设计与制造。同时核基础研究恰好是核数据的创新源泉。核基础研究偏于理论与实验,核数据关系应用,两者看似泾渭分明,实则紧密相联,相辅相成。核基础研究产生新的数据是对核数据库的完善和补充,而核数据计算模拟与推衍有助于核基础研究开拓新的领域和空间。”


  正是基于此,原子能院在中子物理实验室、中国核数据中心和核基础研究室基础上联合组建了核基础与核数据创新团队,这样就理论与应用形成完整的闭环,“顶天立地”推动核事业发展。其中“天”是指探索自然科学规律的基础前沿研究,“地”则是立足于支撑核能发展的核数据应用研究。而通过开展探索自然科学规律基础研究,发展出创新的研究方法,又可以运用核数据研究,不断激发创新活力,推动核数据事业的发展。柳卫平说,随着核数据不断丰富完善,对反应堆研发的经济性和应用价值就更加凸显。


  只有不断创新,才有新天地


  “做基础研究,只能争第一,第二没有意义。”无论是张焕乔还是柳卫平都如是说。这就意味着核基础和核数据创新团队必须与世界核科学家同台竞技。然而,不可否认的是,即便是在当今中国科学技术已经突飞猛进,但实验基础和条件与核强国相比还有一段距离。


  “做出一流成果,不一定要靠优越的条件,而是靠先进的科学思想和坚韧不拔的毅力。”柳卫平回忆起自己的导师黄胜年院士的话说:“改革开放初期国内出现了留学潮,大量科学工作者到国外寻求发展,但黄先生说在中国环境下,同样可以做出一流的工作,秘诀就是‘大胆假设,小心求证’。”


  也正是这八个字让当时三十岁刚出头的柳卫平在国际核物理崭露头角,取得了令人瞩目的成果,不仅开辟了我国实验核天体物理研究领域,在国际上首次利用放射性核束逆几何反应,测定高能太阳中微子产生7Be(p,γ)8B反应截面数据,成果入选1996年我国十大科技新闻,同年获得求是杰出青年学者奖。殊不知,这项重大研究成果是因陋就简,利用已经退役的我国第一台回旋加速器的几个部件建成的国内首个放射性次级束流线,将此装置与串列加速器相联进行的实验研究产出的成果。


  “做核基础研究,就是要永远不满足现有的成绩,要朝着更有挑战性的新领域探索。”柳卫平与团队成员交流时反复强调:“如果我们固步自封,留给我们的就是死路一条。”


  从事核物理实验研究已经37年的柳卫平,面对亚洲核物理学会主席、串列核物理实验室主任、抗辐射国家级应用中心主任等重要组织机构头衔,以及香港求是基金杰出青年学者奖、全国劳动模范等荣誉,他将更多的心思落在“创新”二字上,在张焕乔院士等老一辈核科学家的指导下,带领团队紧盯核物理最前沿问题,不断开辟新天地。


  经过近三十年的发展,创新团队基于国家大型科研平台,依托北京串列加速器国家实验室、核数据国家重点实验室,在学科开创、科研能力建设与满足国家需求、引领核基础科学方面取得卓越成就:


  一是开创我国核天体物理实验和核数据基础学科,取得了太阳中微子问题、原子核晕结构新形态和重元素核合成等一批放射性核束物理与核天体物理重大成果。


  二是发展核数据研制体系,全面支撑了我国基础创新、先进核能研发、国家安全需求;在国内首次建成不稳定核束流线,填补我国该领域空白,“HI-13串列加速器上次级放射性核束的产生和应用”获国家科技进步奖二等奖。


  三是建成我国包含核数据测量、评价、建库以及应用检验的一整套研究平台,形成了自己的评价核数据库。该数据库包含我国核能应用、核技术、国防安全关心的主要核素,内容涉及中子核反应、光子核反应、裂变产额、核结构、核衰变以及活化数据等多种数据类型,相关数据已在多项大型核科研工程建设中发挥重要作用。


  对于柳卫平而言,他也选择了新的研究方向——探索天体核过程极低概率事件的极限和原子核稳定性的边界:领衔的基金委重大项目将在锦屏2500米的地下建造天体核过程测量平台,目前加速器、探测器已经完成研制和地面联调,明年年底开始深地运转,对于深地核物理的贡献,未来可期;聚焦探索原子核稳定性边界,与北京大学联合提出“北京在线同位素分离丰中子束流装置”,这个面向未来的梦幻装置,已列入我国核物理大科学装置发展路线图并入选国家重大科技基础设施建设“十三五”规划。


  扛起这面旗帜,再难也要往前走


  去年5月,世界45个国家与地区的500余名核物理学家云集北京,共同出席以主题为“核数据——人类的共同资产”的第十四届国际核数据大会。让业内人士称奇的是,通常三年举办一次的国际核数据界最高水平盛会,虽然由经济合作与发展组织核能署和国际原子能机构共同主办,但承办国均为经济合作与发展组织核能署成员国,而中国并非成员国。那么,此次为什么会打破惯例在中国召开,由原子能院、中国核数据中心承办呢?


  核基础和核数据创新团队带头人之一、中国核数据中心主任葛智刚解释到:“我国虽不是经合组织核能署的成员国,但近年来我国核能快速发展、核数据研究不断创新。因此,我们也积极申请承办第十四届大会,最终在竞选中脱颖而出,成功获得了举办权。”而他本人已经连续四届担任了该系列大会的国际执委,并担任了第十四届大会的执行主席。


  可以说,中国核数据中心能够承办此次会议在一定程度上表明中国核数据工作得到了世界的认可。正如经济合作与发展组织核能署总干事麦格伍德先生在这次大会主旨发言中强调:“中国为核数据国际化做出了重大贡献。”国际原子能机构官员德莱克女士说:“中国的核数据工作涉及范围很广,也取得了很多成绩,我对中国的评价核数据库CENDL印象深刻。”而在2003年,刚履新中国核数据中心副主任的葛智刚对于我国核数据事业未来持续发展心生担忧。他曾到中国氢弹之父于敏先生家中拜访请教。于敏先生遵嘱道:“核数据是核事业发展的基石,能够为国防事业和国民经济社会发展提供支撑,一定要重视核数据工作。”特别是近年来,我国核物理学家钱绍钧院士也时常到中国核数据中心指导核数据工作,并指出“核数据这面旗帜,只要国家需要,再难也要往前走。”老一辈核科学家的殷殷关切和谆谆教诲,让葛智刚深刻认识到,这是一份崇高的事业,不能有丝毫怠慢。


  而老一辈科学家在为了攻克“两弹一艇”关键轻核关键截面数据相关任务过程中,通过连续三月奋战,完成了通常需要2-3年才能完成的研究任务的精神,更深深地感染了葛智刚。同时也使他是深深地感到:要做好核数据研究,必须传承、发扬老一辈核数据科学家的大力协同、共同攻关、锐意进取的工作作风,只有这样才能使我国的核数据研究再接再厉、为我国国民经济和国防建设再立新功,无愧于历史赋予我们核数据人的使命。


  “可以说,现在核物理正处于黎明前的黑暗,世界核物理学家不应再单枪匹马作战,而应是通过大力协作,集智攻关,使黎明的曙光更早出现。作为人类共同资产的核数据,更应将国内外核数据力量集中起来,共同推动核数据事业发展,更好地造福人类!”葛智刚说。


  中国核数据中心立足原子能院、扎根中国、走向世界,加快对外合作交流。让葛智刚深受感动的是,国内北京大学、清华大学、中国科学院、中国工程物理研究院等20多家高等院校和研究院所,都积极大力支持我国核数据研究工作,积极发挥各自设备与学科优势,齐心协力不断推动我国核数据工作向前发展。


  与此同时,作为我国核数据研究对外交流窗口的中国核数据中心积极争取与推动核数据的国际交流,将以往每年2人次逐渐扩大重点把年轻人推往国际核数据舞台,目前在国际舞台上打开了非常好的局面,与国际原子能机构、经合组织核能署、国际理论物理中心等国际组织机构及美国、俄罗斯、日本、德国、荷兰、法国、意大利和韩国等核数据研究机构建立良好合作关系,在日本、加拿大和德国等核物理国家实验室开展实验研究。众人拾柴火焰高。在国内外广泛支持下,中国核数据中心目前跻身国际上五大核数据中心之一,成为目前全球规模最大的核数据中心。


  另外,在创新团队带头人言传身教下,在团队创新文化引领下,学术交流频繁,民主气氛浓厚,国内外交流活跃,大量优秀人才迅速成长,团队中涌现出一批星光灿烂的青年才俊。其中林承键,作为中核集团科技带头人,是吴有训奖获得者,是国际影响力的核反应青年专家;李志宏作为原子能院学术带头人,长期开展核天体物理研究,著有《核天体物理》专著;郭冰则是胡济民奖获得者,在国际上测量了最精确的中子源反应的截面;谌阳平,今年刚刚30岁就发表了国际顶级的圣杯反应间接测量的成果。阮锡超,作为核数据测量学术带头人,测量了一批重要的中子核数据,并在大亚湾中微子实验中的中子刻度中发挥了重要作用。


  科学没有终点,科学家的探索永不止步。张焕乔、柳卫平、葛智刚作为创新团队带头人,将继续带领团队驰骋核海,探索核科学的奥秘,推动核事业不断向前发展。