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  • 张焕乔

    张焕乔,1933年12月23日生,重庆人。1956年毕业于北京大学技术物理系,一直在中国原子能科学研究院工作,任研究员、博士生导师和北京串列加速器国家核物理实验室主任。兼任北京大学教授、中核集团公司科技委高级顾问、国防科工委专家咨询委员会委员、中国物理学会常务理事。研究中子诱发裂变和自发裂变的中子数及其与碎片特性的关联,提供了高精度的252 Cf自发裂变每次裂变发射的平均中子数,至今仍被国际上作为初级标准数据采用;研究近垒和垒下重离子融合裂变反应,发现并解释了碎片角分布各向异性的异常现象;用转移反应角分布作探针,研究了稳定核激发态中子晕。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 张焕乔 籍贯: 重庆
    民族: 国籍: 中国
    职业: 科学 院士 毕业院校: 北京大学
    政党: 中国共产党

    目录

    个人简历/张焕乔 编辑

    张焕乔张焕乔

    1933年12月13日; 出生于四川省巴县(现重庆市沙评坝区)。

    1952-1956年;先后在武汉大学北京大学学习。

    1956-1958年;任中国科学院物理研究所实习研究员。

    1958-1960年;在苏联科学院库尔恰托夫原子能研究所实习。

    1960-1982年;任中国科学院原子能研究所助理研究员、副研究员。

    1982-1984年;在意大利里亚洛国家实验室工作访问。

    1984-1993年;任中国原子能科学研究院任副研究员、研究员。

    1993-1994年;在意大利里亚洛国家实验室工作访问。

    1994年- ;在中国原子能科学研究院研究员、核物理所科技委主任(1994-1998)、院科技委常委(2000-)。

    2000年5月任北京大学兼职教授。

    2001年3月任华中科技大学兼职教授。

    人物生平/张焕乔 编辑

    张焕乔,幼名泰亨,1933年12月13日生于四川省巴县土主场(现重庆市沙坪坝区)毛家岗。父一生经商,鼓励子女求学。他和兄长相差11岁,皆好学,先后于大学毕业。在他5岁时,生母辞世。当时正值抗日战争时期,父兄皆在重庆,他在农村读小学,学校条件很差,学习全靠自己努力,而且每天独自上学,来回要走18里路,客观上从小培养了他的毅力、独立能力和自学意识。1946年夏,张焕乔考入重庆市巴蜀中学,由于师资条件好,加上个人努力,弥补了农村受教育的不足,成绩逐年上升,高中时名列前茅。初中时得益于数学老师蔡嗣静的启蒙教育,在高中受到数学老师吴常健、物理老师董贞熙和化学老师王正文的精心指导,使他对数理化学科产生浓厚的兴趣。1949年5月,父病逝,9月,父亲留下的纸店在重庆“9.2”大火灾中焚烧殆尽,高中读书全靠兄长支持。1952年考入武汉大学物理系,学习成绩在年级中保持前列,二年级时是获各科满分的4位学生之一。

    1955年秋,国家为发展原子能事业,决定从几所重点大学物理系选调近百名高年级学生去北京大学物理研究室学习,由武汉大学调选10名学生,张焕乔被选中,实现了他想学核物理专业的梦想(武大无此专业)。从武大到北大对他是又一次挑战,因为学生来自不同大学,各校课程教学进度不一,有的比武大快,他又面临自学补课的问题。他刻苦学习,决心为发展中国的原子能事业献身。1956年秋,张焕乔被分配到中国科学院物理研究所(中国科学院原子能研究所前身),在戴传曾领导下从事中子物理实验研究,他们在核反应堆上建立了两台中子晶体谱仪。

    1958年10月,张焕乔被派往苏联科学院库尔恰托夫原子能研究所实习,师从M•彼伏日涅耳,在中子晶体谱仪和机械选择器上分别测量229Th和241,243Am的中子裂变截面,后期参加用热中子非弹性散射研究固体声子谱的工作,又在苏联理论实验物理研究所参加低温NiF2反铁磁性实验。导师对他非常友好,经常带他到其他研究所参加一些固体物理的学术报告会,两次见到库尔恰托夫(前苏联原子弹之父),并在导师带领下参观了库尔恰托夫原子能研究所的全面核物理研究工作,使他大开眼界,对他们的创新意识留下深刻的印象。1960年1月底回国,负责将一台晶体谱仪改建成中子衍射仪。同年9月,所领导为了适应国家研制核武器的需要,将他由中子衍射组调到裂变物理组,在何泽慧领导下承担235U、238U和239Pu重核裂变中子谱平均截面的测量任务,完成异形钋α源强度与均匀性的测量。1965年底承担检验国产核石墨性能,为天然铀石墨生产堆的安全运行提供必要的数据。

    在1966年5月含热核材料原子弹和同年12月氢弹模型爆炸试验中,他在原子能研究所负责测定现场取样的铀含量。20世纪70年代中,为核武器发展需要,完成了239Pu快中子裂变的瞬发中子平均数随入射能量变化(En)的精确测量,最先揭示出在0.15~2.0MeV能区(En)的斜率有减小的趋势,后来得到美国橡树岭国家实验室(ORNL)数据的支持,数据被美国核数据中心收集。20世纪80年代初,原子能研究所筹建串列加速器,张焕乔把注意力转移到垒下重离子融合反应。1982年1月他应邀访问意大利国家核物理研究院里亚洛国家实验室,参加在XTU-16串列加速器上的重离子融合反应实验研究,建成静电偏转分离器,负责完成了重离子融合反应的检验实验。

    1984年2月回国后,他提出开展垒下重离子融合裂变反应碎片角分布的研究,计划开展重离子融合裂变中子多重性和垒下重离子融合反应激发函数这两个研究课题。在国内有限条件下,张焕乔和他的合作者从建立实验条件开始,持续8年,系统地深入研究了融合裂变碎片角分布,发现了碎片各向异性的异常现象。1984年后,他还6次访问意大利里亚洛国家实验室,合作研究垒下重离子融合反应的平均角动量激发函数和位垒分布,在58Ni+60Ni系统中,首次揭示出双声子激发引起融合位垒分布呈现3峰结构,表明原子核表面复杂振动导致垒下融合增强,成为这方面的重要工作。

    1999年张焕乔提出用转移反应作探针研究稳定核的激发态中子晕,他们小组已在12B和13C激发态中找到单中子晕。20 世纪90年代中后期,鉴于中国科学院近代物理所建成放射性次级束流线(HIRFL-RIBLL),他于1998年向该所提出了在质子滴线附近寻找质子晕核的实验计划,2001年春天得到束流时间,做了寻找29S质子晕的实验。1997年他当选为中国科学院院士。1999年任中国物理学会第七届理事会常务理事。1999年任中国核工业集团公司科技委高级顾问。先后任《Chinese Physics Letters》第5届编委,《高能物理与核物理》第6届、第7届编委,《原子核物理评论》第4届编委,《物理》第7届和《中国科学A》编委。任英国物理学会北京代表处J.of Physics G和Eur.Phys.J.A评审人。并数次被邀请担任国际学术会议的国际顾问委员会成员。[1]

    研究工作/张焕乔 编辑

    1956-1960年间,张焕乔在戴传曾领导下参加中国第一台中子晶体谱仪和第一台中子衍射仪的建立,为在核反应堆上开展慢中子谱学和固体物理实验研究创造了条件。1958年春,他们自力更生、因陋就简地将原中央研究院留下闲置多年的一台X射线衍射仪(1933年瑞士产品)改建成一台高分辨中子晶体谱仪,一直用到20世纪80年代中期。正是在这台谱仪上,发现了压电振荡石英单晶中子衍射增强现象。在参加与长春光机所合作建造的另一台中子晶体谱仪的组装过程中,张焕乔提出采用金属箔局部补偿钢带厚度的办法,解决了多次返修钢带轮难以保证晶体台与计数管支承臂1∶2联动精度指标的问题,使联动精度达1.5×10-6,与当时国际最佳水平(哥伦比亚大学在BNL建造的中子晶体谱仪)相当。1960年7月,他负责将这台谱仪改建成中子衍射仪。后来,中国第一颗原子弹用的点火中子源的均匀性检验和α碘酸锂在外场下中子衍射增强现象的发现都是在这台设备上完成的。

    1960-1961年间,在杨桢主持下,在原子能研究所的重水反应堆上,实验发现压电振荡石英单晶中子衍射增强现象。张焕乔写出“压电振荡石英单晶中子衍射增强现象的解释”一文,指出晶体压电振动产生应变,引起晶格有一动态变化,晶体对中子衍射有效厚度增加。晶面间距变更△d/d,由此产生两个效应:①衍射中子束能量展宽;②中子在振荡石英晶体内次级消光减弱。二者均可导致衍射中子增强。基于在固定振荡功率下测定衍射中子增强比随入射中子能量变化的实验数据,定量计算出在整个中子能区晶体的△d/d值基本相同,表明增强最可能的原因是中子次级消光减弱。为此,他提出了一个实验验证方案,在中子衍射仪上作两种测量:①用压电石英晶体取代衍射仪的单色器,将单色器移到样品台上对压电石英衍射中子作能量分析,从而定出由△d/d造成衍射中子能量展宽引起的增强;②将压电石英晶体安放在衍射仪样品台上,在单色束入射下观测压电振荡石英中子衍射增强,从而定出中子次级消光减弱引起的效应。从第二类测量中,在单色中子束入射下观测到同样可观程度的衍射中子增强,表明次级消光减弱是引起压电振荡石英单晶中子衍射增强的原因。该项成果与后来杨桢等人发现α碘酸锂在外场下的中子衍射增强一起获1982年国家自然科学奖三等奖。

    科技成就/张焕乔 编辑

    (1)1973年,为国防需要张焕乔负责开展239Pu快中子裂变的瞬发中子平均数随入射能量变化vp(En)的测量,要求精度达1%。当时拥有的实验手段不能满足要求,他带领小组,自己动手,创造条件,用两年多时间,在国内首次制成大体积载钆闪烁液体探测器、载量达105毫克钚的快裂变电离室(过去仅1毫克钚水平)和高稳定性的脉冲数目分析器。最后测得精度达0.8%的(En)值,与当时国外最好水平相当。他们的数据最先显示在0.15~2.0MeV能区(En)的斜率有下降的趋势,后来得到美国橡树岭国家实验室数据的支持,也在美国ENDF/BV 库数据中得到反映。数据被美国国家数据中心收集,获1978-1979年度国防科委重大成果二等奖。

    (2)精确测量252Cf自发裂变的瞬发中子平均数及中子数目分布,提供了高精度裂变中子产额的初级标准,得到国际承认,被国际誉为“高质量的测量”。进一步澄清了历史上液体闪烁体法与锰浴法、硼堆法数据的系统差异。尽管稍后美国橡树岭国家实验室的Spancer提供的一个精度甚高的数据明显偏高,但是经过随后20年的检验,证明Boldeman和张焕乔他们的数据与新近锰浴、硼堆的数据能很好地符合,这个事实清楚地反映在权威的评价文章中。国际核数据委员会将他们的数据作为原始标准数据收集和推荐,是承认的13个数据中精度最高的4个数据之一。他们的数据多次被国外引用和评价,至今仍是国际上“热中子常数和252Cf自发裂变中子产额”这组重要初级标准中被作为原始数据收入的唯一的中国数据。

    (3)对国内可获得的超铀核自发裂变的瞬发中子平均数及中子数目分布Pν作了精确测量,包括240 Pu、242Cm、244Cm和252Cf四个核素。得到两个经验规律,即与裂变核质量数和裂变中子数目分布宽度σν与的2个线性依赖关系。他们还测定了242Cm的α和自发裂变半衰期,这是当时国际上衰变数据评价迫切需要的数据之一。他充分利用国内条件,推动了超钚核的物理研究。

    (4)252Cf自发裂变的瞬发中子数与碎片的质量、电荷和总动能的关联研究。实现了4π与π/3两种几何的精确测量,丰富了关联数据,给出一些比前人更完整的规律,纠正了前人的错误,第一次指出在4π与π/3几何测量中得到的(A)在质量对称区域与极不对称区域存在明显的系统差异,揭示出实验存在的问题。

    (5)252Cf三分裂的瞬发中子数目分布及瞬发中子平均数与长程α粒子动能的关联。首次在文献中给出252Cf三分裂的瞬发中子数目分布的实验结果,观察到三分裂与二分裂瞬发中子数目分布相似,但三分裂的平均瞬发中子数3.03±0.02明显小于二分裂的3.743±0.018,意味着252Cf长程α粒子伴随裂变的碎片平均总激发能比二分裂的低6MeV左右。从两种裂变的瞬发中子数目分布的相似性可以推测这两种裂变在断裂时围绕平均状态的涨落十分相似。

    252Cf三分裂的瞬发中子平均数与长程α粒子动能观察到呈负关联。结果表明碎片发射中子数与核断裂时刻碎片的初始形变相关。而三分裂瞬发中子平均数随长程a粒子动能的变化主要反映核三分裂时碎片变形程度与长程α粒子最终动能的某种关联,在两种极端条件下作了定性讨论。[2]

    上述全部成果获1991年吴有训物理奖。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2017-04-05
    [2]^引用日期:2017-04-05

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