刘卫平:从原子到恒星 核物理是他科学研究的“中心”

2020-05-21 17:37 来源:科技日报

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刘卫平,从事核物理和核天体物理学研究,现任中国原子能科学研究院副院长、亚洲核物理联合会主席、串列加速器国家核物理实验室主任、国家辐射防护应用中心主任。曾获国家科技进步二等奖、国家劳动模范、国防科技进步一等奖和国防科技创新团队奖。

刘卫平调试核天体物理实验探测器

受访者提供了照片。

“核物理研究就像一场精彩的游戏。我和我的同事就像大孩子一样。我们可以一起建造积木来恢复核物理的终极真理。”

我们的记者陈郁

恒星是如何进化的?构成物质世界的元素来自哪里?最近,中国原子能科学研究院(以下简称原子能所)核基金会和核数据创新团队与国内外六个科研机构的同事一起,通过在串列加速器上对核天体物理反应进行高精度测量,加深了人类对恒星演化的理解。研究结果发表在顶级国际物理杂志《物理评论快报》上。

“这一学科的国内外竞争非常激烈。我们可以一直保持相对领先的地位,因为我们不满足于现状,总是想做一些更具挑战性的研究和探索。”对于原子能研究所副所长、核基金会和核数据创新团队的领导者之一刘卫平来说,这也是他个人科研经验的丰富。

用微观研究解决最大问题

休闲服、休闲鞋、肩包和刘卫平的衣服符合人们对科研人员的传统印象。然而,与普通研究人员不同,刘卫平非常健谈。他把自己外向的性格归因于各种成长经历:他出生在沈阳,3岁时移居北京,9岁时移居浙江,17岁时从贵州考入北京大学。

刘卫平生来就对新事物感兴趣。上世纪70年代,在资料匮乏的情况下,《十万个为什么》成为刘维平的启蒙读物,甚至被翻书。

受在民航系统工作的父亲的影响,刘卫平从小就喜欢模型飞机。1977年,15岁的刘卫平还是贵州的一名初中生。他给当时的北京航空航天学院(现北京航空航天大学)写了一封信,大意是他特别喜欢模型飞机,但缺乏信息。你能送一些吗?令刘卫平惊讶的是,对方真的发来了信息。他欣喜若狂,找到了几个伙伴让模型飞起来。

“我当时的梦想实际上是考上北航,成为一名飞机设计师,设计大型飞机。”令刘卫平惊讶的是,高考后,梦想改变了。根据高考的结果,刘卫平可以选择北大或清华。“在那个时候,学好数学、物理和化学并不害怕周游世界是很受欢迎的。贵州北京大学科技物理系带来了物理这个词,所以我选择了核物理。”

偶然进入北京大学后,刘卫平对看似晦涩的核物理产生了浓厚的兴趣。“它研究微观世界,但它的能量密度极高。可以说,它用最微观的研究解决了最重大的问题。核物理研究就像一场精彩的游戏。我和我的同事就像“大孩子”,他们一起努力“建造积木”来恢复核物理的终极真理

打开探索核物理世界的大门

1987年,25岁的刘卫平被日本物理化学研究所选为访问学者。

当时,日本物理化学研究所建造了一个新的回旋加速器。刘卫平一到日本,国际著名核物理学家谷崎润一郎教授就任命他为研究小组组长,负责寻找新的核素。这是

不幸的是,在实验之前,加速器的半导体探测器受到湿气的影响,不得不被另一个探测器取代。结果,后者的分辨率不够高,实验结果只能在内部发表,不能在学术期刊上发表。

"如果探测器没有损坏,这可能是一个相对较大的研究结果."然而,刘卫平很高兴这个实验打开了探索核物理世界的大门,进一步增强了他探索的兴趣和信心。

值得一提的是,自那以后,日本和美国使用了类似刘卫平上述实验的概念,最终合成并鉴定了一系列富含质子的新核素,包括镓-61和锗-63核素。

填补次级放射性核束物理实验的空白

1989年,刘卫平的访问学者任期结束,尽管日本物理和化学主任努力挽留他,他还是回来了。

“在相对粗糙的发动机上做一个重要的大梁比在装备精良的发动机上做一个齿轮要好。”日记中的一句话透露了刘卫平的内心。

自20世纪80年代以来,国际上对次级放射性核束的研究和应用方兴未艾。然而,进行这项研究需要一个产生次级放射性束流线的实验装置。

1990年,28岁的刘卫平和56岁的原子能研究所核物理研究所研究员白希祥结成了老朋友关系,开始探索这个课题。

从头开始建造实验装置的困难和挑战是不言而喻的。刘卫平将其描述为“就像自己制作一台照相机,然后学习拍照”。一切都必须从头开始。

为了设计这种实验装置,刘卫平尽了最大努力去学习以前没有涉及到的知识,白希祥日夜进行着无数的计算和实验。为了省钱,他们甚至从中国第一台已经退役10多年的回旋加速器上拆除了两极磁铁和四极透镜,并把它们作为新设备的主要部件。

1993年11月20日,当刘伟平和他的同事在荧光纸上看到代表光束成功的光斑时,他非常激动,赢得了第一场——战役!

这是一条基于现有条件的光束线,具有先进的物理思想和技术路线,并在世界上首次产生了低能碳-11和氟-17次级光束。其技术水平相当于美国和日本的同类装置,填补了中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“相机”,刘卫平开始思考如何拍出好照片。

早在20世纪60年代,物理学家就发现了太阳中微子的消失,但几十年来一直难以确定。迫切需要用不同的测量方案来交叉检验中微子截面。

1995年,刘卫平受到一份文件的启发,与白希祥一起,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“太阳中微子的消失源于非核物理截面因素”的科学结论。

与该实验结果相关的论文发表在当时的《物理评论快报》杂志上,成为该杂志创刊40年来中国实验核物理领域发表的第一篇论文。

在锦屏开展核天体物理实验

面对成就,刘卫平有一种强烈的危机感,觉得自己必须开拓新的领域。

近年来,他带领团队在地下数千米的锦屏进行核天体物理学实验,探索宇宙中元素的起源和恒星的演化。“我们将对核天体物理学领域中最关键的‘圣杯’反应的直接测量产生影响。”

刘卫平不仅能力强,而且愿意做一个人梯。2000年7月,他开始担任原子能机构核物理研究所所长。

人造卫星和宇宙飞船中有许多重要的电子元件。当卫星在太空飞行时,它会暴露在太空中的强电离辐射下,其部件会失效。刘卫平的研究小组最初从事重离子核物理的基础研究。为了成功地改变研究方向,他通过公开竞争选择了研究小组的新领导,并带领团队开始了对radia的研究

与刘卫平一起学习了四年的40多名同学在出国、经商和从事研究时,已经跳出了核物理的圈子。只有刘卫平等少数人坚持探索核物理的前沿。

中子是构成原子核的基本粒子之一,它不带电荷,很容易渗透到原子核中,引起各种核反应。也许是因为对中子的深刻理解,刘卫平的生活有点像中子:在做科学研究时,他就像实验室里的高速中子,不断探索核物理的科学前沿;担任管理职务就像反应堆中的低速中子,引发裂变反应,激发科学研究人员的集体智慧。