黃永盛：仰望星空 腳踏實地

孟小雪

2019年到401探望王乃彥院士（左起段曉焦、王乃彥院士、黃永盛）

激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發(fā)明，常常被譽為是“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”。從1960年世界上第一臺激光器的成功研制開始，激光技術迅速風靡全球。與此同時激光技術的每一次提高，都極大地拓展了物理學的研究領域。尤其是在20世紀80年代末，啁啾脈沖放大技術（Chriped Pules Amplification，即CPA）的出現(xiàn)，促使激光光強達到1023W/cm2以上，讓超強超短激光的研究迎來了飛速發(fā)展，也開創(chuàng)了激光技術發(fā)展的新紀元。

“強激光技術與傳統(tǒng)加速器的結(jié)合，可以獲得相對論的粒子束團，以及高亮度的準單能X射線或γ射線。比如強激光驅(qū)動的逆康普頓γ光源，它在核天體物理研究、材料診斷、醫(yī)學成像、粒子物理和核物理等基礎研究以及國家安防等領域中都具有廣泛的應用前景，例如，我國正在規(guī)劃的大型環(huán)形正負電子對撞機的束流能量以及束流極化的精確測量?！敝袊茖W院高能物理研究所（以下簡稱“高能所”）研究員、北京試驗束裝置負責人黃永盛在采訪中介紹說。多年以來，他一直致力于強激光驅(qū)動產(chǎn)生高性能粒子束、激光核物理以及高亮度γ束產(chǎn)生、γ探測技術以及其應用開拓研究，不斷用辛勤和汗水澆灌出科學之花，為中國高能物理領域的發(fā)展增添助力。

夢想成為一名科學家

來自山西神池的黃永盛，自幼就有一個夢想——“成為一名科學家”。在夢想的召喚下，他在學業(yè)上從未有過懈怠，總是積極抓住每一次機會，一步步地向前邁進，不斷攀登著求學高峰。

年少的他很喜歡讀書學習，尤其是數(shù)學，成績在班上一直名列前茅。高考時，本想報考數(shù)學專業(yè)，但由于家里的經(jīng)濟條件有限，懂事的黃永盛便改報了清華大學工程物理系?！爱敃r工程物理系招收定向生，這個專業(yè)不僅可以免收學費，還會發(fā)一些生活費，對我來講確實是一個折中的辦法?！辈稍L中黃永盛坦言道。

4年中，身處我國一流學府，在老師們悉心的教導下，在同學們奮發(fā)讀書的氛圍中，黃永盛就像海綿一樣，努力汲取著知識，完成了復分析、拓撲學、核反應堆物理、核輻射與探測學等專業(yè)課的學習。當時為了做好畢業(yè)設計，在金兆雄教授的引薦下，黃永盛專程騎著自行車前往北京師范大學核科學與技術研究院請教王乃彥院士，這也是他第一次和王院士見面。

此后，憑借優(yōu)異的成績和對科研的執(zhí)著熱愛，黃永盛以清華大學和中國原子能科學研究院聯(lián)合培養(yǎng)的形式在清華大學工程物理系繼續(xù)攻讀直博，師從王乃彥院士和高喆研究員，正式進入激光加速領域，開始從事超短超強激光加速離子的機制研究。名師出高徒，潛移默化中，王乃彥院士嚴謹認真的學習態(tài)度和工作精神無不影響著黃永盛。而他也沒有辜負老師們的精心栽培，相繼榮獲了“清華大學工程物理系學術新秀”“清華大學研究生學術新秀”“清華大學優(yōu)秀博士畢業(yè)生”“蔡詩東等離子體物理獎”等多項榮譽，為自己的學生時代畫上了圓滿的句號。

用科研成果反哺社會

羅馬不是一天建成的，一個人的成才之路也是如此。只有不斷地將理論知識應用與實踐，逐步積累經(jīng)驗才能真正成才。2009年，完成博士學習的黃永盛，正式加入有著“中國核工業(yè)搖籃”之稱的中國原子能科學研究院（以下簡稱“原子能院”），并擔任核技術應用研究所高功率準分子激光實驗室助理研究員一職。此后7年中，他一直從事強激光加速離子的機制、強激光高亮度逆康普頓伽瑪射線源、強場相對論等離子體中非線性量子電動力學效應等研究，并多次參加或主持國家原“973”項目、國家原“863”項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金青年基金等項目，積累了豐富的實踐經(jīng)驗，也完成了從助理研究員、副研究員到實驗室主任助理、實驗室副主任的蛻變。

以國家自然基金青年基金項目“超短超強激光與等離子體相互作用加速產(chǎn)生相對論離子的機制研究”為例，在該項目中黃永盛及其團隊開展了激光加速相對論離子的深入理論研究工作，建立了適用于研究激光與固體物質(zhì)相互作用加速離子相對論性的真空等離子體膨脹理論及解析模型，并給出了加速離子能量隨激光能量、脈寬等參量的表達式。此后，黃永盛將相關科研成果總結(jié)整理，以第一完成人的身份榮獲了中國核工業(yè)集團公司科學與技術獎三等獎。

2017年7月，黃永盛以研究員引進人才的身份到高能所工作，并擔任北京試驗束負責人，踏上了新的征程?！霸诟吣芩倪@幾年，我學到了一個大的科研項目應該怎么去規(guī)劃、組織、領導，以及探測器的設計，這些經(jīng)驗很重要?！秉S永盛坦言道。目前，他的主攻方向為高亮度激光康普頓γ光源、CEPC同步輻射光源應用開拓、CEPC束流能量標定以及γγ對撞機總體方案設計。

“光分為可見光和不可見光，通常我們用‘全光譜’的概念來描述所有類型的光，波長從長到短則對應的光的能量也從弱到強。根據(jù)波長的長短可分為7大類，其中可見光的波長為400nm～700nm，X光（X射線）的波長為1nm～100nm，而γ光（γ射線）的波長小于1nm，這就意味著γ射線帶有高能量，并具有比X射線還要強的穿透能力?！秉S永盛詳細地解釋道。

“光子是不帶電的，它更容易到達原子核的最深層次，所以能利用高亮度的γ光源實現(xiàn)對鋼材等一些特殊材料內(nèi)部損傷和裂縫的檢測，從而為提高特種材料性能提供寶貴數(shù)據(jù)。例如飛機的機翼以及發(fā)動機葉片，它需要能夠承受高空氣流的壓力，普通鋼材則無法滿足這個要求。”黃永盛舉例解釋說。的確，物質(zhì)的性質(zhì)由其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)決定，只有觀測到材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)才有可能研制出符合實際需要的材料。目前，康普頓γ光的穿透性還被用于海關檢測領域進行集裝箱無損檢測。

此外，北京試驗束裝置（BEPCII）E2束線的升級改造也是黃永盛的工作重點之一。據(jù)介紹，在王乃彥院士和鄭志鵬研究員的帶領下，黃永盛已完成了激光核物理實驗研究平臺的建立。該平臺基于BEPCII 2.5GeV直線加速器的激光康普頓散射γ光源，光子能量4MeV～110MeV，光通量預計可達到104-5/s。這個高能高亮度準單能γ光源實驗平臺，未來將有望開展核天體物理以及核嬗變反應方面的研究工作。平臺建立期間，黃永盛還完成了激光與束流同步參數(shù)的在線測量、探測器的離線標定等重要預備工作，獲得了高能LCS-γ信號?！斑@是由原子能院、高能所、九院一所（即中國工程物理研究院流體物理研究所）等3家20多位專家連續(xù)3年協(xié)作努力的結(jié)果?！秉S永盛滿懷感激地說道。但令人倍感遺憾的是，由于缺少科研經(jīng)費，相關研究的后續(xù)工作目前并沒有能夠繼續(xù)下去。

與沈文慶院士（右）在2018年第631次香山會議期間合影

值得一提的是，在被稱為中國“超級對撞機”的環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）項目中，黃永盛負責其束流能量標定和同步輻射束線應用等關鍵技術預研工作。據(jù)悉，該項目團隊計劃于2018-2022年間建成一系列關鍵部件原型機，以驗證技術和大規(guī)模工業(yè)加工的可行性。CEPC預期于“十四五”開始建設，并于2030年前竣工。CEPC未來可能的發(fā)展方向之一是升級為一個超級質(zhì)子對撞機（SppC），質(zhì)心能量將達到100TeV，可以在大范圍內(nèi)直接尋找新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。

未來大型正負電子對撞機不僅僅可以帶我們窺探物質(zhì)本源，還同時規(guī)劃了四條極具科學和應用價值的同步輻射光束線站。其特征能量可達到365keV，遠遠超過目前規(guī)劃的所有的同步輻射光束線，可快速無損地監(jiān)測大型鋼結(jié)構(gòu)元器件，比如大型發(fā)動機葉片。規(guī)劃中的Wiggle束線能量更是可以達到幾十甚至數(shù)百MeV，不僅可滿足光核物理等基礎研究的需求，還可以用來生產(chǎn)醫(yī)用同位素Mo99，其產(chǎn)能非?？捎^。

“激光康普頓γ光源相關研究雖是一個學科交叉領域，容易出現(xiàn)新的發(fā)現(xiàn)，但它并不是主流的領域，因此獲得的經(jīng)費支持并不充分。希望將來國家能夠加大對這一領域科研的資助，我們也將竭盡所能地用科研成果反哺到老百姓的日常生活中去，為民用、社會發(fā)展貢獻更多的力量?！秉S永盛滿懷期待地說道。