我国重离子物理基础研究的开端

现代物理知识杂志

2024-11-02 12:00发布于河南现代物理知识杂志官方账号

上世纪70年代初，中国科学院近代物理研究所在完成国防科研任务后，适时而迅速地将主攻方向转向原子核科学的重要前沿领域——重离子核物理基础研究，并积极开展核技术应用研究。这一转向，对我国重离子科学与技术的发展产生了深远的影响。而在这个过程中，“双超”研究起到了“敲门砖”的作用。


首个重离子核物理实验



1965年前，近代物理所开展的核物理基础研究主要集中在中子物理和轻核反应两方面。在1965至1970年的几年中，研究所的工作主要为完成国防任务服务，基础研究被暂时搁置。

1968-1969年，以戴光曦、顾金南为代表的科研人员通过广泛查阅文献，敏锐地发现当时国际上低能核物理研究已转向重离子反应这一新领域。重离子物理学和重离子加速器技术在国际上快速发展，不少国家计划新建大型重离子加速器。
经过大量调研，戴光曦和顾金南向研究所提出了开展超钚、超重研究（简称“双超”研究）的建议。他们还建议将苏联援建的1.5米回旋加速器进行改造，从只能加速质子、氘核等轻离子，改造成能够加速碳以上的较轻重离子。这些建议于1970年得到第二机械工业部（简称“二机部”，当时近代物理所的领导部门）的批准。
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图 1.5米回旋加速器
1970年5月，双超研究组成立，由戴光曦担任组长，承担超钚元素合成等任务。同时，在回旋加速器室成立改器小组，负责改造1.5米回旋加速器。
经过近两个月的奋战，科研人员将1.5米回旋加速器改装为我国第一台重离子加速器，在1970年国庆节前夕成功加速碳离子，随后还成功加速了氮、氧离子。
与此同时，合成超钚元素的实验准备也在抓紧进行。经过26次失败之后，双超研究组终于在1970年12月利用碳-12离子轰击铀-238靶，在国内首次成功合成了第98号元素锎的同位素锎-246。这是近代物理所的第一个重离子反应实验，也是我国开展的第一个重离子核物理实验。
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图 戴光曦在合成锎-246的实验中收集数据
1971-1972年，双超研究组又合成了99号元素锿和100号元素镄的几个同位素，开展了一系列的重离子反应实验研究。这些工作为研究所开展重离子核物理基础研究在实验技术上创造了初步条件。
需要说明的是，当时正值特殊时期，近代物理所原所长杨澄中以普通研究人员的身份也参加了双超研究组，无论是参与调研，还是分析实验中的问题、寻找解决办法，杨澄中都做出了许多有价值的工作。
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图 杨澄中（左）、戴光曦（中）和李文新（右）在讨论合成锎-246的实验问题



试验性开端促成主攻方向转变




然而，这个试验性的开端是在十分艰苦的条件下起步的。改装后的1.5米回旋加速器只能加速固定能量的三种较轻的重离子，只相当于国际上六十年代初的水平。要想继续拓展重离子物理研究领域，还需要更为先进的实验条件。
1972年10月，二机部在兰州召开了第一次全国低能核物理学术交流会（后来被中国核物理学会认定为第一次全国核物理大会），委托近代物理所主办并邀请全国有关单位参加。这次会议共提交30余篇学术报告，其中多为调研报告。近代物理所戴光曦、李文新等在会上作了《用重离子反应合成锎、锿、镄的实验研究》《碳-12离子轰击铀-238合成锎的化学分离和鉴定》等报告，引起与会代表的关注和好评。
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图 近代物理所参会报告被收集到会后出版的《低能核物理资料汇编》中
在这次会议上，代表们热烈地讨论了核物理研究的国际现状和发展动向，并形成了会议纪要。纪要中明确指出：“高能核物理和重离子核物理是当代核物理研究的两个前沿领域，有广阔的发展前途。建议科委在国内逐步创造条件，开展这两方面的研究。”此外，代表们还讨论指出：应该重视重离子反应研究，建议充实和更新我国的研究设备，建议研制新型重离子加速器。
这次会议的讨论结果，可以说是在学术意义上明确了重离子核物理研究的重要性，从而为兰州重离子加速器的预研和立项提供了依据。
同年，近代物理所向二机部汇报了“双超”研究属于基础研究工作，二机部同意将重离子核物理作为重点研究方向之一。
为了加强基础研究，近代物理所于1973年2月由二机部划归中国科学院领导，主要科研方向确定为低能核物理研究。在杨澄中的领导和组织下，经过全所大调研、大讨论后，研究所进一步明确了重离子核物理为主攻方向。
从此，近代物理所逐步把主要科研力量集中到重离子核物理研究领域，较早地跨入了当时国际上已日趋活跃的低能核物理前沿研究领域。
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致谢：感谢近代物理所综合档案室，近代物理所原副所长邬恩九、靳根明，退休职工刘嘉玟、刘国兴等提供相关资料。感谢邬恩九、靳根明研究员审阅本文并提出宝贵建议。


撰稿| 刘芳
审核| 尹经敏
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