基礎研究：核物理創新的源泉

李志宏 鄭云

核物理基礎研究包括強子物理、核物質性質和相變、核結構和動力學、核天體物理等領域。核物理基礎研究在核技術應用的設計階段起著舉足輕重的作用，并不斷為核技術的應用開辟新途徑。由于其重要性、基礎性和復雜性，目前仍然是一門快速發展中的前沿學科。

中國原子能科學研究院的核物理研究是圍繞我國國防核事業的需要而發展起來的，對我國核科技、核工業的建立與發展起到了先導性與基礎性的作用。中國原子能科學研究院的核物理基礎研究最早起源于上世紀50年代，當時分為兩個研究室，即從事原子彈研制階段35#任務的輕核反應核數據測量的老七室和從事原子核理論研究的核理論研究室。彭桓武院士、于敏院士、鄧稼先院士、何澤慧院士、丁大釗院士、張煥喬院士先后在研究室工作，并為“兩彈一星”研究作出過重要貢獻。1986年，HI-13“串列加速器”建成并正式運行之時被命名為12室，成立12室的初衷是以串列加速器及其物理實驗終端為技術平臺，開展低能核物理基礎研究前沿領域的相關課題。三十多年來，基礎研究一直受到政府以及一些老科學家們的重視。隨著時代變遷，課題組不斷演變、整合，目前擁有四個研究組：核反應研究組，核結構研究組，核天體研究組與核理論研究組。

我國核物理基礎研究隊伍主要集中在北京、蘭州、上海、合肥、成都、長春、武漢等地區的研究院所和高等院校，應用研究隊伍的分布則更為廣泛。主要裝置是位于蘭州的HIRFL和北京的HI-13串列加速器。核物理理論研究受裝置條件限制較小，相比于實驗研究，與國際水平的差距較小，并在某些領域方向形成了自己的特色，處于國際領先地位。目前，我國核物理研究裝置僅能提供能量小于GeV/u的重離子束流，在中低能區的某些研究點上具備了一定的國際競爭力。目前研究室基于HI-13串列加速器用于開展實驗的設備主要有：放射性次級束流線（GIRAFFE）、北京Q3D磁譜儀、核反應實驗終端和在束伽瑪實驗終端等。

早期的實驗核物理研究工作大部分是在HI-13串列加速器上完成的。核物理基礎研究室第一批科研人員在串列加速器上開展的主要工作有： “壘下重離子熔合反應”“新核素合成”“原子核高自旋態研究”等，均取得階段性研究成果。串列加速器上首個在束實驗是1986年12室楊春祥研究員帶領團隊完成的，實驗首次觀察到镥-167三軸超形變帶，這是國內核物理實驗中發現的第一個超形變帶，也是國際上找到的第三個罕見的三軸超形變帶。《科技日報》以“率先發現镥-167三軸超形變一我國核結構研究獲重大突破”為題，報道了這一發現。在此之后，核物理基礎研究在串列加速器上開展的主要工作有：低能重離子反應研究、高自旋態γ譜學和結構研究、多極巨共振研究、低自旋特殊核態研究等，均取得較好的科研成果。研究成果獲得1991年度部級科技進步一等獎和1999年度國家自然科學獎三等獎。

1993年，核天體研究組在HI-13串列加速器上建成了國內第一個次級放射性核束裝置，產生了碳-11、氟-17次級放射性束。該成果獲得1994年度部級科技進步一等獎。1994年，又產生了氦-6、鈹-7、氮-13次級放射性核束。1995年，利用鈹-7束測量了⁷Be（d，n）⁸B反應角分布，在國際上率先使用漸進歸一化常數方法，導出了與著名的太陽中微子丟失之謎密切相關的7Be（p，γ）⁸B反應的天體物理S因子。該成果受到國內外同行的高度重視，被評價為“一個杰出的實驗”。核物理所柳衛平為第一作者的發表于1996年7月《物理評論快報>（Physics Review Letters）雜志的論文，成為第一個被該期刊登載的在國內完成的實驗核物理研究成果，并引發了若干類似的實驗和理論研究工作： “HI-13串列加速器上次級放射性核束的產生和應用”獲得1996年度國家科技進步獎二等獎，入選《光明日報》組織評選的1996年“中國十大科技新聞”之一，白希祥代表課題組出席了1996年12月8日在人民大會堂舉行的國家科學技術獎頒獎大會，柳衛平獲得1996年度香港求是科技基金會“杰出青年學者（物理）獎”。

在束γ譜學和高自旋態研究方面進行了廣泛的國內、國際合作。1997～2000年間，由中國原子能科學研究院牽頭，與吉林大學、蘭州近代物理所以及上海原子核所合作開展的自然科學基金重點項目“遠離穩定線原子核結構的在束和衰變研究”，取得了一批優秀成果。在HI-13串列加速器上通過轉移反應研究和發展的ANC方法，發現硼-12第二、第三激發態和碳-13第一激發態為單中子暈態，鋰-6第二激發態為中子質子暈態，擴大了暈核研究范圍。核物理理論研究在裂變物理、核結構、殼模型理論、相對論平均場理論、輸運理論以及相對論核一核碰撞理論方面取得了高水平的研究結果。“微觀輸運理論的發展及其在中高能重離子碰撞中的應用”研究，獲得中國物理學會1998～1999年度吳有訓物理獎;“核子性質和結構及核物質集體激發機制的非微擾研究”，獲得1999年度國防科工委科技成果一等獎。

“十五”期間，核天體研究組得到了“國家重點基礎研究發展規劃”（973計劃）、國家杰出青年基金、國防基礎科研基金，以及兩項自然科學基金重點基金和多項面上基金的資助。利用我國第一個低能放射性離子束實驗裝置，開展了核結構和核天體物理若干前沿課題的研究，取得了一系列研究成果。美國聯合核天體物理研究中心JINA的R.H.Cyburt和M.Wiescher教授等人把我們的結果應用于X射線暴的計算，解決了模型計算與天文觀測結果的分歧。實驗得到的天體物理反應率被國際核天體物理反應數據庫JINA推薦使用。

近年來，核反應研究組開展替代反應法的研究，確立了輕帶電粒子如p，d，³He，α等俘獲反應作為替代反應的技術路線，避免了復合核自旋修正的困難，為重要核反應截面測量提供了一種新的方法。他們還研究了Z=10-20區間內豐質子滴線附近核的質子和雙質子衰變譜學，部份成果已被國際著名數據庫一美國國家核數據中心（NNDC）收錄，成為雙質子衰變譜學的先行者之一。這方面的部分工作被《亞太物理通訊》作為研究亮點而報道，多次在國際會議上做特邀報告，產生了廣泛的國際影響。核天體研究組采用截面較大的轉移反應替代天體物理能區截面極小的（α，n）反應的研究思路，測量了對宇宙重元素產生之謎有重要意義的¹³C（α，n）¹⁶O反應的激發函數和反應率，澄清了國際上現有結果間高達25倍的分歧，發表國內首篇Astrophys.J核物理實驗論文。核結構研究組通過不斷的探索和研究，逐步掌握了從fs到ps量級，再到ns量級的原子核壽命測量技術，進而開展了相關的核物理前沿領域的研究工作，在原子核形狀相變和手征性研究等領域取得了很多研究成果。理論研究方面，開展了介質中核子有效質量劈裂問題的研究，研究結果對于進一步確定介質中的核力，理解和解釋各種奇異原子核的結構、反應規律以及天體物理中的一些現象，比如中子星的性質等，具有非常重要的意義。2014年5月1日，研究結果發表在《物理快報B》上。另外一項關于高能核-核碰撞理論研究成果也于同年發表在《物理快報B》上。

“十三五”以來，核物理基礎研究室捷報頻傳，相繼獲得自然科學基金重大項目一項、科技部重點研發計劃兩項、自然科學基金重點項目一項、聯合基金和自然科學基金面上項目等多項。2016年3月1日，錦屏深地核天體物理實驗室（JUNA）的現場建設在四川省西昌市中國錦屏地下實驗室（CJPL）正式啟動。開展關鍵天體物理核反應的精確測量是核天體物理未來發展不可或缺的重要方向，該實驗室將為國際上開展天體物理核反應精確測量提供一個新的頂級平臺。2017年5月27日上午11點，錦屏深地核天體物理實驗項目（JUNA）的強流加速平臺在原子能院首次地面出束，在靶上獲得260keV、3mA的質子束流。系統穩定工作40分鐘，為后續達到使用指標打下基礎。2017年6月28日，核反應研究組在奇特核體系光學勢研究取得的重要成果“Is the Dispersion Relation Applicable for Exotic Nuclear Systems？ The Abnormal Threshold Anomaly in the 6He+209Bi System”，被國際權威物理學期刊《物理評論快報》（Physics Review Letters）接受發表。論文第一作者楊磊博士，通訊作者林承鍵研究員及參加該研究的賈會明研究員、張煥喬院士等均為研究組主要成員，多年來他們一直致力于該領域的研究。2017年9月1 1日，以顏勝權為第一作者的研究工作“The⁹⁵Zr（n，γ）⁹⁶Zr cross section from the surrogate ratio method and its effect on the s-process nucleosynthesis”被《天體物理雜志》（Astrophysical Journal）正式接受發表。這是繼2012年美國天文學會《天體物理雜志》首次刊登我國實驗核物理研究成果以來，再次接受核天體研究組的實驗成果。2018年6月21日，北京ISOL項目迎來了新的里程碑，龍騰北京ISOL預研項目通過了集團公司評審。

中國原子能科學研究院的核物理基礎研究在過去取得了很好的科研成績，在該學科方向上處于國內領先水平，在國際上也有一定的知名度。研究成果在PRL、APJ、PLB等國際一流核物理期刊上發表，論文獲得廣泛引用和好評。近百項實驗數據被國際權威數據庫收錄，多項數據被推薦使用。獲得多項科學技術獎勵，其中包括：國家自然科學三等獎1項，國家科技進步二等獎1項，國防科學技術一等獎1項、二等獎4項，北京市科學技術三等獎4項，吳有訓物理獎4人次，胡濟民教育科學獎6人次。獲得多項科技部973項目（科技部重點研發計劃），國家自然科學基金委員會的重大項目、創新群體項目、重點基金項目、重大儀器項目、重大國際合作項目和面上項目的資助。

在科研不斷取得突破的同時，研究室非常重視研究團隊建設，想方設法活躍室內學術氛圍，積極開展“以黨建工作帶動核物理基礎學術交流，以技術黨課推動核物理基礎業務發展”活動，為廣大職工提供了良好的學習交流平臺。近年，除了獲得上述的吳有訓物理獎和胡濟民教育科學獎等獎項外，兩人成為院學術技術帶頭人培養對象，一人獲得集團公司“創新創效”一等獎，分別有一人申報“國家拔尖人才”和中國核工業集團公司“菁英項目”。2010年以來，五位院五四報告特等獎獲得者均來自核物理基礎研究室，獲院優秀博士論文三人，優秀碩士論文兩人。

不忘初心，牢記使命！

核物理基礎研究室全體科研工作者將在未來科研征程上繼續創新，不斷為國家核事業作出貢獻。