點滴積累,鑄就精彩
——從物理學系核物理專業(yè)到低能核物理研究所

吳 穎,張薈星,熊馨然,張梓陽,谷依諾,桑海波

(1. 北京師范大學 物理學系,北京 100875;2. 北京師范大學 核科學與技術(shù)學院,北京 100875)

1955年,是中國核事業(yè)誕生的日子.1958年,核工業(yè)建設全面鋪開,原子能事業(yè)發(fā)展步伐加快,根據(jù)國家需要,北京師范大學物理學系成立了核物理專業(yè).1979年,以核物理專業(yè)為基礎,北京師范大學低能核物理研究所暨北京市輻射中心正式成立.1987 年,在其實驗基地的基礎上成立了北京市射線應用研究中心,學研產(chǎn)一體化格局初步形成.60多年來,北京師范大學低能核物理研究所(簡稱低能所,現(xiàn)核科學與技術(shù)學院)在核科學與技術(shù)的理論、實驗和應用研究方面,特別是在強流離子束技術(shù)、材料表面改性、X 光調(diào)控技術(shù)等領(lǐng)域形成了獨具特色的研究方向,取得了許多在國內(nèi)外具有較大影響力的研究成果.

從1958年建立核物理專業(yè)到1979年獨立成研究所,這段時期發(fā)生了什么呢?為此,我們找到了1955年就讀于北京師范大學物理學系,畢業(yè)留校任教,后到低能核物理研究所工作的張薈星老師,來了解當年的那些事.張老師長期從事離子注入研究工作,并曾于1992年—1997年擔任低能核物理研究所所長.

在北京師范大學低能核物理研究所的建立過程中,物理學系起到了十分重要的作用.從核物理專業(yè)的建立到低能核物理研究所的建成,物理學系看著它出生、支撐著它成長、陪伴著它從物理學系的一個專業(yè)逐漸變成能夠獨當一面的研究所.

圖1 采訪時的張薈星老師

時代助推起,物理學系核物理專業(yè)籌備初建立

1958年教育大革命被提出,在黨中央“向科學進軍”的號召下,北京師范大學物理學系開始了對原子能和無線電的研究.當時的物理學系被分成幾個部分,有的人去天文臺幫忙,有的人到一些工廠繼續(xù)搞教學研究…….“這是一個很培養(yǎng)人的時期”,張薈星老師這樣描述,“這個時期,在學校的大力支持下,大家的研究搞得熱火朝天,還記得那個時候經(jīng)常夜里要搞到十二點、一點,當時學校里送來夜餐,有饅頭、咸菜、粥之類的,大家就在屋里吃,吃完之后就繼續(xù)干活,我曾經(jīng)就有3天3夜沒有回家,站在實驗室里,靠著就睡著了.”也是這一年,物理學系核物理專業(yè)成立,創(chuàng)始人周瑞英老師籌集項目資金,廣納人才.周老師慧眼識珠,找到了當時作為物理學系大三學生的張薈星老師,來到了中國科學院蘭州分院,在這里學習了一個月的時間.

北京師范大學物理學系的老師和學生們開始研制質(zhì)子靜電加速器.關(guān)于加速器,有許多的工作要做：高電壓、真空加速管、粒子源等.這個工作當時是很多人一起完成的：有人抽真空,有人做加速管,甚至其中一個圓形的零部件是當時物理學系的學生們一錘一錘砸出來的.在所有人的共同努力下,這個靜電加速器于1959年正式建成了.這個裝置還作為了十年國慶的獻禮.“雖然這個加速器沒有參與后來的工作,但在那個時候有比較重大的意義”.50年代的北京師范大學,在外的形象就是一所從事教學研究,培養(yǎng)教師人才的大學,那些物理學系的學生都是師范生,張薈星老師回憶,“當時外界在知道我們居然能做出這樣的科研成果后,都十分震驚,當然,這件事情的成功,在精神上也給了大家很大的鼓舞,堅定了大家科學研究的決心和信心.”

隨著這幾年中人才、技術(shù)、知識等的積累,1960年北京師范大學物理學系新增設了原子能(簡稱第一研究室)、無線電兩個專業(yè).第一研究室成立后,最初想建造一臺回旋加速器,當時物理學系組織了十幾人的隊伍,包括未畢業(yè)的學生,后因技術(shù)和財力不足而停建.

發(fā)展逐壯大,低能核物理研究所獨立自成所

張薈星老師在1958年于蘭州主要學習高壓倍加器(中子發(fā)生器)相關(guān)的知識,一月回校后,便開始準備籌建我們自己的400 kV高壓倍加器.1962年,北京師范大學物理學系建造400 kV高壓倍加器的項目正式啟動.張老師有在蘭州學習的經(jīng)歷,作為項目的總設計師,他與同仁們共同合作,從設計原理、設計圖再到裝置元件都是自己研發(fā)制作,終于建成了當時國內(nèi)完全自主建造的高壓倍加器.“在我們建好、通過鑒定后,當時全國有好多單位來我們這里做實驗,這讓我們一下就在這個領(lǐng)域出名了.后來即使是在文革期間,這臺設備也一直在運行.在這個機器上做了很多核反應實驗,為原子彈的參數(shù)做了一些貢獻.北大的陳佳洱等老師也曾在師大的這臺中子發(fā)生器上開展一些工作,在原有基礎上把原來的直流束改成了脈沖束.”

在高壓倍加器建成后,1969年下半年,北京師范大學物理學系核物理專業(yè)又承擔了北京市696項目.該項目由北京師范大學物理學系負責,有色金屬研究院參加,目標任務是研制一臺200 kV半導體重離子注入機.該機于1970年建成并在國內(nèi)首次用離子注入法制備出了太陽能電池,之后國內(nèi)近百家單位都來使用這臺設備開展半導體離子注入工作.

1977年,北京師范大學物理學系核物理專業(yè)舉辦離子注入學習班,在當時開展了多期,吸引了全國許多大學師生前來學習,為我國原子能事業(yè)培養(yǎng)了一批專門人才.張薈星老師講到,“最開始半導體二極管是用擴散法制作的,就是將硅和硼放進一個裝置里,通過加熱將硼滲透到硅里面去.這種方法有什么問題呢?它很難控制,溫度很難控制,注入深度也很難控制.我們通過很多實驗結(jié)果,證明它不是一個很好的技術(shù).但是如果用離子注入的方法,我們可以將硼直接打進去,而且注入的過程可以控制.這樣離子注入法就把擴散法給替代了.” “為了更好的推廣這項技術(shù),我們還組織編寫了兩本書.書的編著都是大家齊心合力、集體完成的.一本是《離子注入機》,另外一本是離子注入數(shù)理基礎之類的.后來,國內(nèi)很多單位都來要這本書,因為我們的書寫的很實用.”

1978年2月,北京師范大學物理學系核物理專業(yè)研制的重離子注入機獲得成功.為此北京市科技局在我校召開了40萬電子伏特重離子注人機研制成果匯報會.經(jīng)學校研究決定,物理學系核物理專業(yè)張薈星為出席全國科學大會的代表.同年4月學校召開教職工大會,由出席全國科學大會的我校代表王適安、張薈星,特邀代表周廷儒3位同志傳達大會精神.黨委書記賈震代表科學大會,向我校獲獎單位授獎.物理學系原子核物理專業(yè)離子注入研究組成為受表揚的先進集體.“因為我們不僅設備精良,寫了本書,還舉辦了學習班,我們北師大在離子束方面就是很出名的,后來我們也得到了國外的認可.” 張薈星自豪的說.

圖2 1978年離子束代表團訪問意、匈、法、瑞等國,圖為在意大利Cofania 大學和校長們合影 (左六為李恒德院士,右起第四位是張薈星教授,左起第二位是張通和教授)

1978年,中國離子束代表團訪問了意、匈、法、瑞等國,代表團由清華大學李恒德院士任團長,北京師范大學物理學系張薈星老師和張通和老師作為團員參與其中.張薈星回憶,“在建立了這個離子注入機之后,我寫了一篇關(guān)于離子注入的論文,張通和老師也在這個設備上開展了一些研究工作,寫了論文,我們兩個帶著論文參加了三個國際會議,在會議上做了匯報.可以說正是因為高壓倍加器和這臺離子注入機的建立,才有了后來的這些成果,也是都能核物理研究所后來發(fā)展的基礎.”

“正是因為有高壓變壓器和離子注入機這兩件成果,低能核物理研究所才能夠建立起來.如果沒有這幾項成果,低能所就沒有建立的基礎了.利用建成的設備,才能夠進行實驗研究,所以最重要的就是這兩臺設備,它們?yōu)榻⒌湍芩鸬搅岁P(guān)鍵性的作用.包括后來能請到黃祖洽院士擔任低能所的第二任所長,也是因為這兩個設備建立后,很多科研單位都過來開展合作研究,我們獲得了國內(nèi)外的認可.而且我們這兩個設備真正用了幾十年,為科學研究做出了大量貢獻.這兩臺設備是我們自己做的,不是引進技術(shù),也不是買的國外的設備,我們完全是根據(jù)自己的條件建立起來,所以很不容易.”

圖3 關(guān)于成立北京師范大學低能核物理研究所暨北京市輻射中心的批復

1987年,低能核物理研究所暨北京市輻射中心與北京市醫(yī)藥總公司聯(lián)合組織實施“七五”重點項目,籌建北京輻射滅菌消毒醫(yī)療用品實施開發(fā)基地(也就是后來的北京射線應用研究中心),是低能所重要的產(chǎn)業(yè)化成果.安裝在核科學與技術(shù)學院北樓的BF-5電子直線加速器是1977年由北京市科委下?lián)芙?jīng)費組織全市二十幾個科研、教學單位經(jīng)過近三年的辛勤努力(當時稱為“加速器大會戰(zhàn)”),終于在1979年9月通過技術(shù)鑒定正式開始運行的.當年北京市研制的首臺加速器是醫(yī)用加速器,為擴展加速器的應用范圍,市科委決定加大能量和束流,研制工業(yè)用加速器,當時承擔主要研制工作的是清華大學工程物理系、北京醫(yī)療器械研究所(現(xiàn)中國醫(yī)療裝備與維修技術(shù)協(xié)會)和北京師范大學物理學系核物理教研室……等二十幾個單位.加速器建成后,開展了大量輻照滅菌、輻照消毒、材料改性、輻射育種等輻射效應研究,并且承擔了國家科委下達的24種“醫(yī)療用品輻射滅菌消毒”重大科研項目,并獲得國家科學技術(shù)進步獎三等獎.之后又承擔了國家科委重大引進項目“北京市醫(yī)療用品輻射消毒基地”,并建立了北京市射線應用研究中心.北京市射線應用研究中心,是我國核技術(shù)從實驗室走向工業(yè)化的示范基地,被評為國家級高新技術(shù)企業(yè),目前,射線中心及其控股公司產(chǎn)值突破億元,具有良好的經(jīng)濟和社會效益.

圖4 BF-5電子直線加速器

幾十載風雨,物理學系百年慶典今朝俱歡顏

時光荏苒,北京師范大學物理學系核物理專業(yè)成立已有60多年,低能核物理研究所建立也逾40年.風風雨雨中,我們砥礪前行,一起走過;時代洪流中,我們共同發(fā)展,彼此成就.往事如煙,昔日的崢嶸歲月值得我們共同去銘記;過往已矣,未來的嶄新篇章有待我們共同去開啟.歲月如歌,而今我們迎來了建系百年慶典,讓我們一起祝愿北京師范大學物理學系明天更輝煌!