柳卫平:从原子到恒星,核物理是他的科研“圆心”

2020-05-21 14:48:22 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 陈瑜

柳卫平在调试核天体物理实验的探测器。受访者供图

人物档案

柳卫平,从事核物理和核天体物理研究,现任中国原子能科学研究院副院长、亚洲核物理联合会(ANPhA)主席、串列加速器核物理国家实验室主任、抗辐射国家级应用中心主任。曾获国家科技进步二等奖、全国劳动模范、国防科技进步一等奖和国防科技创新团队奖等奖项。

“核物理研究就像一个奇妙的游戏,我和同事如同一个个大小孩’,合起伙来‘搭积木’,共同还原核物理的终极真相。”

恒星如何演化?构成物质世界的元素从何而来?近日,中国原子能科学研究院(以下简称原子能院)核基础和核数据创新团队联合国内外6家科研院所的同行,通过在串列加速器上对核天体物理反应的高精度测量,加深了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《物理评论快报》上。

“这个学科国内外竞争非常激烈,我们能够一直保持相对领先地位,得益于不满足现状、总想去做一些更有挑战性的研究和探索。”对原子能院副院长、核基础和核数据创新团队带头人之一的柳卫平来说,这也是他个人科研心得的浓缩。

用最微观的研究解决最宏大的问题

休闲西服、休闲鞋、双肩包,柳卫平的着装符合人们对科研人员的常规印象。但有别于一般科研人员,柳卫平非常健谈,他将外向的性格归因于多元化的成长经历:生于沈阳,3岁到北京,辗转浙江,9岁去贵州,17岁又从贵州考到北京大学。

柳卫平对新鲜事物的兴趣与生俱来。在物质匮乏的上世纪70年代,《十万个为什么》成为柳卫平的启蒙读物,书甚至被翻烂。

受在民航系统工作的父亲影响,柳卫平从小喜欢航模。1977年,15岁的柳卫平还是贵州一名初三学生。他给当时的北京航空学院(现北京航空航天大学)办公室写了封信,大意是自己特别喜欢航模,但又缺乏资料,能不能给寄点?让柳卫平没想到的是,对方真的给寄来了资料。他喜出望外,找来几个同伴一起,让航模飞了起来。

“我当时的梦想其实是考北航,做飞机设计师,去设计大飞机。”让柳卫平没想到的是,梦想在高考后发生了改变。按照高考成绩,柳卫平可以选择北大或者清华。“当时流行‘学好数理化,走遍天下都不怕’,北大在贵州招生的技术物理系带了物理两个字,所以我选了核物理。”

机缘巧合进了北大后,柳卫平对外界看来晦涩的核物理发生了浓厚的兴趣。“它是研究微观世界的,但能量密度又特别高,可以说是用最微观的研究解决最宏大的问题。核物理研究就像一个奇妙的游戏,我和同事如同一个个‘大小孩’,合起伙来‘搭积木’,共同还原核物理的终极真相。”

开启探索核物理世界的大门

1987年,25岁的柳卫平被选派到日本理化所做访问学者。

当时,日本理化所新建成一座回旋加速器。柳卫平一到日本,国际知名核物理学家谷畑勇夫(Tanihata)教授就任命他为寻找新核素的课题组负责人。在日本理化所加速器中心历史上,这是首次由外国人担此重任。

柳卫平迎来人生中第一次重大的挑战。“既然让我负责,我就一定要把项目做好。”不服输的柳卫平凭借扎实的知识基础,刻苦钻研,提出了一整套行之有效的寻找新核素的方案。

遗憾的是,临实验前,加速器的半导体探测器受潮影响使用,不得已换了另外一个探测器,结果后者分辨率不够高,实验的成果只在内部刊登,没有发表在学术刊物上。

“假如那个探测器没坏,可能是一个比较大的研究成果了。”但柳卫平庆幸的是,该实验开启了自己探索核物理世界的大门,进一步增强了探索的兴趣和自信。

值得一提的是,此后日本和美国使用了与柳卫平上述实验类似的构想,最终合成和鉴别了包括镓-61、锗-63两个核素在内的一系列丰质子新核素。

填补次级放射性核束物理实验空白

1989年,柳卫平作为访问学者的期限已满,面对日本理化所负责人的竭力挽留,他还是回来了。

“与其做装备精良的发动机上的一个齿轮,不如做一个相对比较粗糙的发动机的重要大梁。”写在日记本上的一句话,透露了柳卫平的心迹。

上世纪80年代以来,国际上对次级放射性核束的研究与应用方兴未艾,但从事这方面研究首先得有一个产生次级放射性束流线的实验装置。

1990年,28岁的柳卫平和56岁的原子能院核物理所研究员白希祥结成老少搭档,开始了对这一课题的探索。

自己白手起家建造实验装置,难度和挑战不言而喻。柳卫平形容,就像“要自己制造出一台照相机再学习照相一样”,一切要从零开始。

为设计出实验装置,柳卫平拼命学习以前没有涉及的知识,和白希祥开展了无数个日日夜夜的计算和实验。为节约资金,他们甚至从退役10多年的我国第一台回旋加速器上,拆下两极磁铁和四极透镜作为主要部件用在了新装置上。

1993年11月20日,当柳卫平和同事们在荧光纸上看到代表出束成功的束斑时,他激动极了——首战告捷!

这是一条立足现有条件、具有先进物理思想和技术路线的束流线,并在世界上首次产生了低能碳-11和氟-17次级束,其技术水平与美国、日本同类装置相当,填补了我国在次级放射性核束物理实验和应用领域的空白!

有了自己设计的“照相机”,柳卫平开始琢磨如何拍摄好照片。

早在上世纪60年代,物理学家就发现了太阳中微子失踪现象,但几十年都难以定论,急需用不同的测量方案对中微子产生截面进行交叉验证。

1995年,柳卫平从一份文献上得到灵感,并和白希祥一起,经过反复计算,提出并实施了一个独特的次级束流线实验方案,得出了“太阳中微子失踪现象来源于非核物理截面因素”的科学结论。

这个实验成果的相关论文当时在《物理评论快报》杂志上发表,成为该刊创立40年来第一次发表的中国实验核物理领域的论文。

在锦屏开展核天体物理实验

面对成绩,柳卫平却有着极强危机感,觉得必须开拓新领域。

这几年,他正带领他的团队在地下数千米的锦屏开展核天体物理实验,探究宇宙中的元素起源和恒星演化。“我们将向核天体物理研究领域最关键的‘圣杯’反应的直接测量发起冲击。”

柳卫平不仅能力强,而且还甘当人梯。2000年7月,他开始担任原子能院核物理所所长。

人造卫星、宇宙飞船里有很多重要的电子元器件。卫星在太空中飞行时受到强烈的空间电离辐射,元器件会失效。柳卫平课题组原来做的是重离子核物理基础研究,为了成功转变研究方向,他通过公开竞聘的方式挑选出新的课题组带头人,带领团队开始做电子元器件的抗辐射加固研究。如今这个方向已蓬勃发展成为国家级抗辐射应用中心。

当年与柳卫平同窗四年的40多位同学,出国的出国,经商的经商,搞研究的也早已跳出了核物理这个圈子,只有柳卫平等少数人还坚持在核物理领域的前沿探秘。

中子,是组成原子核的基本粒子之一,不带电,很容易打进原子核内引起各种核反应。或许,正因对中子有着深刻的理解,柳卫平的人生也与中子有了几分相似:做科研时,像实验室里的高速中子,不断去探索原子核物理的科学前沿;走上管理岗位,又像反应堆中的低速中子,引发裂变反应,把科研人员集体的智慧激发出来。

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责任编辑:何沛苁
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