核科学群英谱

原子核科学在大众眼中往往不受待见，在日常生活中讨论得不多。现在新闻中科技热点往往是芯片、人工智能、量子信息等，这些概念相对于原子核科学而言要时髦得太多了，在国际竞争中说到我们被“卡脖子”的技术时也很少谈到原子核技术。可能是受益于“两弹一星”前辈们的福荫，许多人觉得我们中国原子核科学已经很强了，或者因原子核科学近年来“冒泡”不多而认为原子核科学是传统科学领域了[甚至不再是科学*前沿领域了]。

这两种想法都是错误的，而原子核科学在社会公众中的这种刻板印象不经不仅是片面的，也是对于原子核科学领域的*大误解。原子核科学是一个很大的领域，是一个亟待发展的广阔天地，在中国实现民族伟大复兴过程中必将是非常重要的一个侧面。

为什么这么说呢？我们还是看几个新闻数据，这些数据在网络上都是很容易找到的。一个数据是来源于百度网络文章，说的是芯片产业之恢弘，标题为 “2021年全球半导体行业销售额达到创纪录的5559亿美元,同比增加26.2%”[https://www.21ic.com/a/920913.html ]，这个数据确实很大。我们再看另一个新闻数字，来自于高能所柴之芳院士的一个报告，这个报告在网络上也很容易找到，这里我给二个链接：https://www.cnnpn.cn/article/25313.html 或 https://m.thepaper.cn/baijiahao_13817454 。在这个报告中有几个数据值得注意：在美国20多万亿美元的GDP中，核技术产业规模占 4-5%[即在美国每年核技术的产值 8000 亿美元！]、欧洲日本大约占 2-3%，我国核技术年产值超 3000 亿元，近年均增长率超20%。我们的社会公众平时很少有关于核科学的音讯，因此这些数据就显得很突兀和震撼的了，从这些数据也立即看出核技术其实与社会生活实际上息息相关，而我们在核技术方面奋起直追是很紧迫的。

原子核科学技术应用之广泛、之神奇不是这个科普系列的主题。原子核科学技术之所以能走向生产生活其实离不开基础研究[原子核物理]，就像电子时代的技术进步离不开量子力学、电磁理论等基础科学一样。在上个世纪有数十名原子核物理学家被授予诺贝尔物理学奖，还有部分原子核物理学家学者被授予了诺贝尔化学奖。现在原子核科学依然是人类的知识前沿领域，例如前年《科学》杂志征集的125个科学问题中至少有三个问题是当今原子核物理的热点课题，如致密星体的本质、宇宙中重元素的合成机制、超重核素稳定岛。这些问题的重要意义不言自明，原子核科学在人类面向星辰大海而求知的征程中举足轻重，原子核科学家们任重而道远。

因为饮水思源，我希望花时间找资料回看一下核科学领域的群英谱。任何一个领域都是人做出来的，催生出这么大的领域、这么大的市场的基础研究过程中，有许多不能忘却的瞬间和英雄人物，正所谓时势造英雄，英雄在历史进程中起很大作用。通过这些群英谱，我们不仅部分地勾勒出原子核物理的部分历史风貌，对于预期原子核的未来发展可能也是很有裨益的。

人类首次从实验上接触到核现象是1896年贝克勒尔 (Antoine Henri Becquerel)发现天然放射性报告给法国科学院(在更早的1858年就有人发现了同样现象并向法国科学院报告, 但是没有人对此予以足够关注, 1898年居里夫妇 (Pierre Curie & Marie Sklodowska Curie) 发现了放射性元素 钋和镭, 1909 - 1911 年 卢瑟福 (Ernest Rutherford) 通过粒子对金箔的散射实验表明原子的核心非常小而致密, 据此提出原子的行星模型. 1919年卢瑟福用alpha 粒子撞击氮原子核、得到氧原子核, 实现人工核嬗变。

在二十年代哈金斯等(William Draper Harkins)对于原子核的内部组元做了许多系统性的猜测. 1928年伽莫夫 (George Gamow)、古尼 (Ronald Wilfred Gurney) 与康顿 (Edward Uhler Condon) 提出利用量子隧道贯穿效应解释 alpha 粒子衰变现象. 1930年伽莫夫提出了原子核的液滴模型. 1932 年 查德威克 (Sir James Chadwick) 发现中子, 宣告原子核物理的开端; 同年, 伊万宁科 (Dimitri Ivanenko) 、海森堡(Werner Heisenberg) 提出原子核是由质子和中子组成的, 核物理及其与其它学科的交叉迅速成为人类科学研究的前沿.

1935年海森堡、 外兹扎克(Carl Friedrich von Weizsacker)、 玻尔(Niels Henrik David Bohr) 和惠勒(John Archibald Wheeler)等人发展了液滴模型理论, 1938 年 哈恩 (Otto Hahn) 用慢中子轰击铀原子核时实现了重核的裂变, 使人类利用原子能成为现实; 同年, 贝特 (Hans Bethe) 提出恒星能源来源于轻核聚变反应 (碳氮氧循环)的理论. 1940 年 西博格 (G. T. Glenn Theodore Seaborg) 和 麦克米伦 (Edwin Mattison McMillan) 发现了超铀元素镎和钚 (超重元素合成仍是当今科学前沿之一). 在40年代伽莫夫等人提出了大爆炸中元素合成的理论, 核反应理论与宇宙和天体的演化密切联系起来, 逐步发展为核天文物理学 (Nuclear Astrophysics). 在低能原子核领域, 1949年梅逸(Maria Goeppert-Mayer) 和简森(Jensen Johannes Hans Daniel) 等建立壳模型理论, 1953年玻尔(Aage Bohr)、莫特逊(Ben Roy Mottelson)和瑞因沃特(Leo James Rainwater)建立集体运动理论。在1974 年有马朗人(Akito Arima)和雅开罗(Fransisco Iachello)建立的玻色子模型等, 这些理论已经成为研究原子核低激发态的基础性框架。

下面我罗列一下迄今为止核科学领域相关的诺贝尔奖(括号内部是得奖原因)。

1903年 Henri Becquerel 和 居里夫妇(放射性的发现和研究); 1935 年 James Chadwick (发现中子); 1938 年 Enrico Fermi (中子辐照产生新的放射性元素); 1939 年 Ernest Orlando Lawrence (发展回旋加速器和合成新元素); 1944年 Otto Stern (发明分子束方法和 发现质子磁矩) 和 Isidor Rabi (发展分子束方法研究原子和原子核磁矩); 1948 年 Patrick (改进云室方法研究原子核和宇宙辐射); 1949 年 汤川秀树 (Hideki Yukawa, 预言 pi 介子); 1950 年 Cecil Powell (发明核乳胶并发现新介子); 1951 年 John Douglas Cockcroft 和Ernest Thomas Sinton Walton (实现人工核帨变); 1952年 Felix Bloch 和 Edward Purcell (发明核磁共振); 1961 年 Robert Hofstadter (电子散射法研究核子结构) 和 Rudolf Mossbauer (发明原子核辐射的无反冲共振吸收方法); 1963 年 Maria Goeppert-Mayer、Johannes Hans Daniel Jensen (发展壳模型理论) 和 Eugene Paul Wigner (研究原子核结构对称性); 1967年 Hans A. Bethe (研究核反应理论和恒星能量来源); 1975年 Aage Bohr 和 Ben Mottelson (研究原子核集体运动)、Leo Rainwater (提出原子核形变); 1983年 Subrahmanyan Chandrasekhar (恒星结构)、 Willian Alfred Fowler (宇宙化学元素的合成); 1994 年 Bertram Neville Brockhouse (发展中子频谱学) 和 Clifford Shull (发展中子衍射技术). 除了以上物理学奖, 还有几个化学奖也是核物理学家, 包括 1908 年的 Ernest Rutherford (元素分离和放射性物质的研究); 1911 年居里夫人 (Marie Sklodowska-Curie, 发现镭和钋); 1921 年 Frederick Soddy (研究放射性物质化学研究和同位素); 1922年 Francis William Aston (发现很多非放射性同位素); 1935 年 Jean Frederic Joliot-Curie 和 Iren Joliot-Curie (合成新放射性同位素); 1943 年 Hevesy Gyorgy (化学反应中用同位素作为示踪物); 1944年 Otto Hahn (发现重原子核裂变现象); 1951 年 Kurt Alder 和 Edwin Mattison McMillan (发现超铀元素); 1960 年 Willard Frank Libby (使用C-14同位素测量年代); 1991 年 Richard Robert Ernst (开发高分辨核磁共振谱学). 这长长的名单没有包括对于核物理学有重要贡献的物理学家(如Niels Bohr) 等。

这些诺贝尔奖获得者当然都是响当当的人物，他(她)们在恰当的时间出现在恰当的地方经过个人的努力成就了个人伟业，同时为我们后辈带来了新知识和新技术。当然还有很大一批人因为各种原因没有出现在这个诺贝尔奖名单中，有些人的贡献非常伟大(甚至更伟大)，例如吴健雄先生等。在搜集这些人物的资料过程中我很受感动，这些都是活生生的、有趣的人和事，他们有自己的喜怒哀乐和各种遭遇，值得我们后辈永远怀念，这也是笔者产生写作冲动的主要动力。

因为笔者专业领域的局限性，对于熟悉的方面会说得多一些，不熟悉的人物会减少篇幅甚至难以涵盖，对于许多风流人物的贡献并不能挖掘得深入，或会出现难以避免的人为偏见。不管怎样，我希望在这个题目上有一个系列的文稿娱己娱人，也供大方之家指正。我就把这段话作为“核科学群英谱”的开篇序言。