(1902— )赵忠尧,物理学家、教育家。我国核物理、加速器、宇宙线研究的先驱者和奠基人之一。发现硬γ射线的反常吸收以及伴随出现的“特殊辐射”,最早观察到正负电子对产生和湮没的现象,对正电子的发现和物理学家接受量子电动力学理论起了重要作用。主持建成我国第一、二台静电加速器,为在国内建立核物理实验基地做出了重要贡献。先后在东南大学、清华大学、西南联合大学、中央大学和中国科学技术大学等多所学校任教,培养了几代物理人才。
赵忠尧于1902年6月27日出生在浙江诸暨农村的一个没落的大家族。我的父亲,以行医为生,经常想为国家做点贡献,但又觉得自己知识不足,力不从心。他希望自己的孩子能多读书,将来为国家和人民做贡献。赵忠尧从小听从父亲的教导,努力学习,为将来做一个对社会有益的人打下了良好的基础。1916年入诸暨县立中学。他学习兴趣广泛,文理并重。语文老师经常让他额外阅读古文,让他受益匪浅。而数学、物理、化学等学科中的科学原理,却能吸引他的求知欲。1920年秋中学毕业。根据父亲的意愿和个人兴趣,他选择报考完全免费的南京师范大学,进入数理系。从那以后,他把全部精力都集中在自己的专业上。后来南京师范大学发展成了东南大学。当老师的时候,他选择了理科化学系,但是在学习中,他一直是数学和物理课程并重,这为他以后转物理打下了基础。1924年春,他提前半年修完了高等师范学校的学分。当时因为父亲去世,家庭困难,他决定先就业,争取深造机会。曾在东南大学物理系担任助教。他一边教书,一边听课、考试、上暑期班。次年,他补齐了高等师范学校和本科的学分差,取得了东南大学毕业生的资格。1924年冬,物理系大四学生叶教授从国外归来,在东南大学讲授近代物理。赵忠尧担任助教,并准备了一些物理实验。叶孙棋对努力工作的赵忠尧非常满意。1925年夏,赵忠尧随他到清华大学当助教和老师。在此期间,我还在赵忠尧自修大学物理系的一些必修课中学习了德语和法语。看到国内水平与国外水平的差距,赵忠尧决定自费出国留学。他在积蓄、老师和朋友的帮助下,加上清华的半费补助(每月40美元),于1927年夏天来到美国,进入加州理工学院研究生部。他的导师是校长R.A .密立根教授。密立根在1923年获得了诺贝尔物理学奖。此时他已经很老了,在学校担任行政职务。他没有时间对学生进行更具体的指导,但他非常关注物理研究的进展,因此指导学生的研究课题往往处于物理研究的前沿。第一年,赵忠尧学习了基础课程,第二年,他顺利通过了初试,开始了他的研究工作。由于他的导师米利肯根据初步测试结果向中国教育文化基金会强烈推荐,他从1928年秋季开始连续三年获得每年1000美元的研究资助。1931年获得博士学位。1931年至1932年,他在德国哈雷大学担任研究员。1932年,赵忠尧回到中国,在清华大学任教。1937年七七事变后,赵忠尧举家南迁,利用清华大学放假的机会,到云南大学物理系任教。次年,由清华大学、北京大学、南开大学组成的西南联合大学迁至昆明,并在此任教至1945年。在此期间,除了教学,我还与张文宇教授合作进行宇宙线研究。1945年冬,中央大学校长吴请他担任临时迁至重庆的中央大学物理系系主任。半年后,他被中研院总干事萨本东推荐到太平洋参观美国原子弹实验,并委托他为中研院购买核物理实验设备。原定访问三个月,赵忠尧决定留在美国,以便进一步了解核物理实验技术的新进展,购买核物理实验设备。他先在麻省理工学院电气工程系的静电加速器实验室工作了半年,然后在1947年春天调到华盛顿的卡内基地磁研究所。六个月后,他回到了麻省理工学院。赵忠尧计划在完成静电加速器的准备工作和订购其他设备后,于1948年回国。当他得知中华人民共和国即将成立时,他决定暂时不回国,待中华人民共和国成立后再回国。1949年春,他来到学生时代的加州理工学院,在核反应实验室做短期的核物理研究。中华人民共和国成立后,赵忠尧冲破各种封锁,于1950年11月15日经香港回归祖国。回国后,他努力发展中国的科学事业。1955年当选为中国科学院数理学部委员。他自1930年起担任中国物理学会理事,自1982年起担任名誉理事,并担任中国核学会名誉主席。自1954年第一届全国人民代表大会以来,他多次当选全国人大代表。1964年起,当选为第三、四、五、六届全国人大常委会委员。赵忠尧一生经历了许多风风雨雨,他唯一的希望是科学发展和祖国繁荣,他在历史上为此做出了贡献。【下篇】发现异常吸收和特殊辐射赵忠尧于1927年赴加州理工学院攻读学位,做了硬伽马射线吸收系数的测量。当时认为γ射线通过物质的吸收主要是由自由电子的康普顿散射引起的。计算吸收系数的Klein-PeopleSoft公式当时刚刚发表,密立根让他通过实践验证这个公式的正确性。[下一步]赵忠尧使用放射性元素钍衰变的中间产物THC(铊208)作为辐射源,可以发出能量为2.6兆电子伏的伽马射线。在测量了这种硬γ射线在几种物质中的吸收系数后,赵忠尧意外地发现,这种射线只有在穿过轻元素时吸收才与公式相符,但当它穿过重元素时,就出现了异常现象,实际吸收量远大于公式给出的吸收量。例如,在铅中,测量值比公式结果大40%左右。1929年底,赵忠尧将结果汇编成一篇论文。但由于实验结果不符合密立根教授的预期,密立根并不相信。文章交到他手里两三个月后,还是没有回音。幸运的是,为密立根负责研究生工作的I.S. Bowen教授知道实验从仪器设计到结果分析的全过程。他向密立根教授保证实验结果的可靠性,文章发表在1930年5月的《国家科学院学报》上。当赵忠尧在加州测量硬γ射线吸收系数时,几位英国和德国的物理学家也在进行这项测量。同时在三个地方发现了硬γ射线对重元素的异常吸收,认为可能是原子核的作用造成的。第一个实验刚刚完成。为了探索这种异常吸收的机制,赵忠尧设计了一个新的实验来进一步研究γ射线与物质的相互作用。他打算测量射线的散射辐射,以证实与康普顿效应预言的现象的差异。他上次实验测得的吸收系数非常准确,所以他对测量散射充满信心。1930年春天,他开始用高压电离室和真空静电计进行测量。他发现γ射线被铅散射时,除了康普顿散射外,还有一种特殊的光辐射伴随着前述的异常吸收。当时这种特殊辐射的测量强度近似各向同性,每个光子的能量非常接近一个电子质量的等效能量。这一结果表明重元素对γ射线的特殊吸收不是康普顿效应引起的,揭示了一种新的反应机制。赵忠尧的实验结果被写进了第二篇论文,题目是《硬γ射线的散射》,发表在1930年10月的《美国物理评论杂志》上。后来,密立根教授在1946年出版的专著《电子、质子、光子、中子、介子和宇宙线》中引用了赵忠尧论文的结果。1932年,C.D .安德森利用云室做宇宙线实验。在照片中,他发现了一个与电子轨道相似但在磁场中弯曲方向相反的轨道,并由此发现了正电子。但是你看不到正电子是如何从云室的照片上消失的。1933年,物理学家在讨论正电子的性质,寻找正电子产生和消失的实验证据时,回忆起三个研究小组观测到的重核对γ射线的异常吸收,以及赵忠尧首先观测到的伴随这种异常吸收的特殊辐射现象。P.M.S. blackett和Ochialini指出,硬γ射线的异常吸收是由于γ射线与原子核相互作用,产生一对正负电子,而特殊辐射是正负电子复合并转换成两个光子的湮灭辐射。这一机理已被后来的许多实验所证实。赵忠尧的两个实验结果对建立人们对量子电动力学的理解起了重要作用。正电子的发现者安德森在1983年的一篇文章中指出,赵忠尧的发现促进了他的工作。1989年,杨振宁教授专门撰文,指出赵忠尧1930年的两个实验有助于量子电动力学理论在物理学中的被接受,并称赞这两部作品是“简单可靠的经典之美,经得起时间的考验”。20世纪30年代,实业救国的思想在爱国人士中非常普遍,赵忠尧也想在这方面做些工作。他拿出工资的积蓄,从朋友那里收集了一些股份,建立了一个小铅笔厂。当时中国的工业非常落后,简单的商品都是从国外购买的半成品,然后在国内加工成成品。赵忠尧努力在中国完成所有的生产过程,不是为了盈利,而是为了在某些情况下发展实用科学,在另一些情况下建立国内工业,作为从事实际生产和为国家作贡献的起点。在赵忠尧有几名技术人员的情况下,木材切割和铅芯制作等必要的技术实验经历了许多困难。工厂原计划设在北京,但由于日本侵华日益猖獗,华北局势动荡,工厂改为设在上海。我们的铅笔取名为“长城牌”,因为长城是中华民族的象征,厂名也取名为“长城铅笔厂”。由于资金薄弱,缺乏管理经验,加上政局动荡,工厂几经沉浮,熬过了抗日战争,坚持到胜利并不容易。中华人民共和国成立后,这家工厂改建为“中国铅笔厂”。50年代,“长城”铅笔更名为“中华”,工厂得到了很大发展。国内核物理实验基地的建立1932年赵忠尧回到清华大学当教授的时候,中国的核物理研究还是空白的。他积极组织建设核物理实验室,在极其简陋的条件下开展了一系列研究工作。他和物理系的同事一起用盖革计数器进行γ射线、人工放射性和中子物理学的研究。部分研究成果发表在《中国物理学报》上,另一些发表在英国《自然》杂志上,如硬γ射线与原子核的相互作用,Ag、RH、Br原子核的中子共振能级距离等。著名物理学家卢瑟福(E. Rutherford)教授在前一篇论文前加了一段说明,称这一实验结果提供了正负电子对产生的又一证据,他非常赞赏赵忠尧能够为自己的努力创造条件,回国后继续进行科学研究。[接下来]从个人经历来看,赵忠尧深感在中国开展核物理研究,首先要有一台加速器。他准备用委托给他的在美国购买核物理实验的钱买一台加速器,但这笔钱在当时太少,买不到任何完整的设备。经过与朋友多次讨论,他决定设计一台结构先进的小型静电加速器。因为资金不足,我们只买美国国内买不到的设备,加工国内加工不了的零件,然后运回组装。这时有人劝他,加速器不是他的领域,何不利用在美国的机会多做些研究工作。赵忠尧认为,一个人在国外取得的成就只能给自己带来荣誉,对提高中华民族的科学文化水平和国家的繁荣昌盛作用不大。他希望在中国建立一个核科学实验基地,在中国开展研究工作和培养人才。为此,他认为个人做出牺牲是值得的。当时,麻省理工学院物理系正在安装一台高压质子静电加速器,因此赵忠尧向该系申请实习,以便自己设计主要部件。1947年春,他到华盛顿卡内基地磁研究所研究离子源技术,请电子科学家毕德贤(1944年加州理工学院博士)帮助他继续设计静电加速器。六个月后,他回到了麻省理工学院。他还实施了加速器操作部分、绝缘柱和电极处理单元,学习了无线电知识,订购了一个多极云室及其配套的摄影器材。1949年春,他来到学生时代的加州理工学院,在核反应实验室做短期的核物理研究。有一篇合作论文《质子轰击F19产生的低能α粒子研究》。这类问题是当时核反应研究的前沿。中华人民共和国成立后,赵忠尧立即着手准备回国。首先是将近年来购买的加工好的静电加速器零件和核物理实验设备运回国内。回国后,赵忠尧积极致力于发展新中国的科学事业,并主持中国科学院近代物理研究所的核物理工作。不久,他辛辛苦苦从美国运回的加速器零件和各种设备也陆续到达。1955年,他利用从美国带回的部件,建造了中国第一台能量为700 kev的质子静电加速器。1958年,用这些装置建造了能量为2.5兆电子伏的质子静电加速器。通过这两台加速器的研制,我国的加速器技术迈出了第一步,真空技术、高电压技术、离子源技术也得到发展,促进了我国高新技术产业的发展。在他的主持下,建成了以静电加速器为基础的核物理实验室,进行了中国第一次加速器核物理实验,培养了大批实验人才。20世纪50年代中期,中国从苏联订购了一个核反应堆和两个回旋加速器。1958年,原子能研究所完成了反应堆和回旋加速器。赵忠尧指导并直接参与了回旋加速器上质子弹性散射、氘分裂反应和核参数测量的研究工作。1958年,中国科学技术大学成立,赵忠尧负责组建近代物理系并担任系主任。在他的主持下,成立了专业实验室,设置了β谱仪、气泡室、γ共振散射、穆斯堡尔效应、核反应等先进实验。他非常注重科学方法的培养,让学生在理论和实验两方面都得到发展。中国科学技术大学近代物理系能在短时间内跻身国内一流大学和院系之列,离不开赵忠尧和师生的努力。赵忠尧对中国科学的发展充满热情。他经常考虑如何基于中国的经济实力尽快发展国内的科研和教育。为此,他曾就建设串列加速器、中能加速器、设立中心实验室、缩短学制、设立研究生部等诸多问题向各级领导提出建议。1973年,高能物理研究所成立。他担任副主任,主管实验物理系。几代人一直为之奋斗的目标——在中国建造高能加速器,已经提上日程。尽管年事已高,赵忠尧仍积极参与高能实验基地建设和学术会议的讨论。1984年,北京正负电子对撞机工程破土动工。自1989年以来,加速器、北京谱仪和同步辐射应用设施相继建成并投入运行。一批新的科研成果相继问世。这一切,凝聚了包括赵忠尧在内的老一辈科学家的心血,也是他们培养的一代又一代中青年科学家辛勤劳动的结果。赵忠尧为人正直、诚实、坦率,“不做善事、不做恶事”是他一生的座右铭。无论在政治、工作还是生活中,他始终坚持真诚和真实的原则。他敢于坚持任何他认为对国家和人民有益的观点。凡是他认为不对的,他都明确反对。20世纪50年代初,在抗美援朝战争中,人民群众对美帝国主义怀有强烈的敌意。一些极端的年轻人甚至说资本主义国家发展科学的目的是为了杀人。赵忠尧不赞成这种说法,当场质问:“发明青霉素是为了杀人吗?”他认为科学家不能与当权的帝国主义者混为一谈。赵忠尧待人真诚谦虚,关心年轻人的成长。中他把握工作方向让年轻人自由发挥注意发挥他们的积极性和主动性培养他们独立工作的能力。他平易近人,年轻人问他问题,他总是不厌其烦地解释清楚。他对年轻人要求很严格,一丝不苟的精神给大家留下了深刻的印象。在实际工作中,他培养了一大批科研骨干,深受物理学界人士的喜爱。【下一篇】赵忠尧从不把工作建立在激情的幻想上,而是一点一滴地争取实际的进步。50年代中期讨论建造中国自己的加速器时,从中国的经济实力出发,他主张建造一个在科研上有用但能量低的加速器,以便获得经验。赵忠尧认为实验是物理学发展的源泉,因此他非常重视学习实验技术和培养动手能力。他做事一丝不苟,稳重严谨,喜欢亲力亲为。进入实验室和阅读文献是他的两大乐趣。在庆祝赵忠尧从事科学研究和教育58周年的报告会上,他激动地说:“由于我的微薄才能和有限条件,我在工作中没有取得多大成就。我唯一可以安慰自己的是,我为祖国努力了五六十年,没有虚度光阴。......希望组织和老朋友继续鞭策我。”这是一位老科学家的声音。他殷切希望无私有为的青年再接再厉,使祖国更加繁荣富强。(作者:郑毛振林)1902年6月27日出生于浙江诸暨县。1920年至1924年就读于南京师范大学数理系,直至毕业。1925年修完学分,毕业于东南大学化学系。1925年至1926年在北京清华学校物理系任助教兼教师。1927年至1930年在美国加州理工学院研究生院学习工作,获博士学位。1931年至1932年,在德国哈勒大学工作。1932-1937年清华大学教授。1937年至1945年任西南联合大学教授。1945年至1946年任中央大学物理系系主任。1946年至1950年,他参观了比基尼岛的美国原子弹试验,并在麻省理工学院和加州理工学院工作。他于1950年11月回到中国。1955年当选为中国科学院数理学部委员。1956年任中国科学院物理研究所副所长。1958年至1973年任中国科学院原子能研究所副所长。自1958年以来,他一直兼任中国科学技术大学近代物理系系主任。1973年至1984年任高能物理研究所副所长。
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反物质辐射(可在近紫外区产生吸收带)
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