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探索原子核的奥秘
时间:2016-03-04 来源:北京师范大学新闻网 作者:北京师范大学新闻 点击:
见到张丰收教授是在周日的上午,那个时侯他还在办公室工作。一间不大屋子,摞满资料的书桌,时刻挂着笑意的亲和脸庞,这些汇合成了我们关于张丰收的最初印象。
话题单刀直入,自然是“国家杰出青年科学基金”的获得。对此,张丰收的回答谦虚中带着诚恳:
这归功于国家对核物理学科的重视,归功于国内核物理界兄弟单位对北师大核物理研究工作的帮助,更归功于学校对核科学与技术学院的长期支持。寥寥数语,简单质朴。
张丰收说,相对于取得的所谓成绩,他更愿意为我们做一次“科普”,介绍一些有关核物理的情况和知识,带领我们走进核物理的世界。
引以为傲的工作
核物理,一个令公众感到艰涩高深,可望而不可即的研究领域。张丰收用形象的语言描述了这个学科的重要性:“假设国家每年保持10%的经济增长速度,到2020年,我们的煤炭、石油等常规能源供需矛盾会非常突出;而原子核裂变能是一种成熟、清洁、安全、有经济竞争力的能源,有助于减少温室气体排放、应对全球气候变化,如果真正开发利用好核能,我们国家的能源安全将得到保障。”不仅如此,从国防安全来看,核物理更是关系到国家命运的关键学科。谈到自己全神贯注、倾情投入的事业,张丰收的话明显多了起来。
让张丰收引以为傲的是,在他的研究领域里,一方面是核物理学科前沿问题研究,包括对核物理新现象和新规律的探索,如放射性核束引起的反应机制研究以及超重核合成机制研究等,这些都是国际上竞争十分激烈的研究方向。另一方面是“核技术及应用”研究,张丰收说,这实际上是核物理和核技术与其他学科的交叉,“具体而言是重离子与物质相互作用的微观机理研究”,它是离子辐射育种、重离子治癌、空间辐射防护、反应堆材料辐照损伤等的基础,“这是一项面向国家重大战略需求的研究工作”。
“小世界”里的大发现
原子核、DNA,这些在公众看来小得不能再小的“物件”,却是张丰收和他的课题组埋头探索、播撒汗水的天地,更是张丰收念兹在兹、大展身手的舞台。近些年来,他的课题组在探索原子核多重碎裂机制、DNA在重离子和溶剂中的构象变化规律及其物理机制等方面,收获了创新性的研究成果,在这方微小的世界里,取得了重大发现。
我们知道,常见的原子核反应机制有两种,一种是原子核裂变,一种是原子核聚变。但 是 ,1982年美国“费米国家加速器实验室”发现了一种在反应后发射多个核碎片的反应机制,这种碎片被定义为“中等质量碎片”。
“这是一种全新的反应机制,当时就引起了整个核物理界的兴趣”,张丰收兴致勃勃地谈起了自己醉心的研究领域,“国际上多个大型加速器实验室都积极开展这方面的实验研究,积累了大量实验数据。”这个领域强手林立,竞争无处不在。凭借坚持不懈的努力,经过持之以恒的研究,张丰收及其课题组翻越了一道又一道科研障碍,闯过了一个又一个理论难关,终于建立起了研究原子核多重碎裂的模型,解释了原子核多重碎裂的动力学原因。“我们的研究结果能够同时给出与德国重离子研究中心、美国国家超导回旋加速器实验室的实验结果相同的趋势”,张丰收自豪地说。这一成果,得到了国际同行的好评,为中国人在原子核多重碎裂研究领域赢得了一席之地。
DNA是遗传物质,生物体经重离子辐照后,损伤的关键就是DNA构象的改变。张丰收在这个微小的世界里同样有了大突破。他在国际上首次发现DNA在不同分子极性的溶剂(环境中发生的构象变化规律,并从微观物理层面给出了影响DNA构象变化的原因。“水合壳层屏蔽和离子作用,这两种方式间的相互竞争导致了DNA构象的转变”,言简意赅的话语轻而易举地解释了如此复杂的物理现象。
如今,张丰收和他的团队在原子核物理及其相关交叉学科方面,已成为有国际影响力的研究组。
不知“苦”,只为“乐”
任何科学研究的背后都潜藏着艰辛与汗水。可是对工作中的“苦”,张丰收却毫不在意。他说,个中的坎坷自然不少,“尤其在研究过程中,很长时间一直没有结果,而又很清楚地知道确确实实是有某种东西存在却‘抓’不住它时,就是到了比较困难的关口”。但是,他对这些所谓的难关从不往心里去,因为热爱这个职业,这种时候恰会觉得有很多乐趣在其中,“我是一直向前看的”。
研究中的豁达心境和单纯心态,源自一种对未知世界的探求,“我总想更深入地了解原子核微观世界到底是什么样的”。正是怀着这颗纯粹的心,张丰收把核物理当成了自己终身的事业,即便繁重的科研工作常人看起来再“苦”,于他而言,也是快乐的。“我常常问学生,看到‘原子核’、‘核结构’、‘机理’等字眼时,内心会不会有一种激动?我是常会有的。”
对事业的热爱,使张丰收成为了工作的享受者,成为了以“苦”为“乐”的人。他不无自豪地说,现在所做的研究貌似微小,但将来会很重要。“尽管全球有60多亿人,但目前的有些工作,全球就只有我们的课题组在做,我们做出的成果当然是创新的!”
让核物理走近大众
“核物理知识的传播很重要”,张丰收坚定地认为,一个科学工作者必须有社会责任感。他说,这也是他更愿意为我们做“科普”的原因之一。
现在有一些常识性的误区,认为从事核研究,对身体的辐射和损伤都很大。“这其实是一种误解”,张丰收说得很认真——公众关心放射性对健康的危害是好事;但国家对从事核物理工作是有行业标准的,有研究数据表明,从事放射性工作的辐射剂量是远远低于国家的这个标准的,“相对于室外工作人员所受的天然辐射剂量,也只是略高一些”。简单的几句话,打消了我们的顾虑。
实际上,张丰收一直通过各种努力来宣传核物理,推动核物理知识的大众化和普及化。“国内一些相关协会,比如中国核物理学会、中国辐射与环境生物物理专业委员会等,都是很好的宣传核物理知识的载体”,张丰收时常参加这些协会组织的相关活动,为核物理知识的传播尽自己的力量。
“现在在核物理研究一线的人员,许多是上个世纪五六十年代培养的大学生,年轻后备人才补充还略显单薄。”张丰收更希望通过核物理的科普工作,让越来越多的人热爱核物理,让更多的年轻人投身核物理研究,让中国的核物理事业薪火相传,取得一个又一个大丰收。
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