知名人物 张焕乔人物简介
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知名人物 张焕乔人物简介
·张焕乔
张焕乔,实验核物理学家,中国科学院院士。参与研究并解释了压电振荡石英单晶中子衍射增强现象; 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252Cf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。
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,决心为发展我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月含热核材料的原子弹和同年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vp(En) 的精确测量,最先揭示出在0.15~2.0MeV能区vp(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 PhysicsLetters》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。
参与我国第一台中子晶子体谱仪和第一台中子衍射仪的建立
1956—1960年间,张焕乔在戴传曾领导下参加我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,我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。
压电振荡石英单晶中子衍射增强的发现
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。
研究中子诱发裂变和自发裂变的瞬发中子数
(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


(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vp及中子数目分布Pv作了精确测量,包括240Pu、242Cm、244Cm和252Cf四个核素。得到两个经验规律,即


(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

(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α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。
上述全部成果获1991年吴有训物理奖。
垒下重离子融合裂变反应碎片角分布研究
1983年,张焕乔注意到单纯采用测量垒下融合截面激发函数来检验模型理论有相当的局限性,首次提出用裂变碎片角分布作探针,提取复合核的自旋分布均方值<J2>,与模型重现融合激发函数得到的理论<J2>值作比较,可以更严格地检验模型理论。当时国际上还无人作这类测量。1987年,在中国原子能科学研究院建成串列加速器提供了束流后,开始进行实验。
在第一阶段的单举实验中,他和他的合作者们采用云母探测器测量了12C+237Np、16O+232Th和238U和19F+208Pb、232Th五个系统的裂变碎片角分布和截面激发函数。得到的主要结果有:①在16O+232Th和19F+232Th系统中,发现裂变碎片各向异性随质心能量变化出现异常峰结构; ②在所有系统中观察到很深垒下能区碎片各向异性的实验值大于理论值,异常有普遍性;③在19F+208Pb系统中证实Dasso等人用耦合道理论作的预言,即在远离垒下能区融合复合核的<J2>值近乎常数。
应当指出,现有的裂变角分布理论都假定融合形成复合核。但在单举测量的裂变事件中可能包含有全融合 (复合核) 裂变(FF) 和转移裂变 (TF)。为了确证裂变碎片各向异性的异常,从实验上排除转移裂变的贡献至关重要。
在第二阶段的符合实验中,他们最先将裂变碎片折叠角技术用于垒下融合裂变实验,利用两块大面积二维位置灵敏雪崩气体计数器测量裂变碎片折叠角分布,由此实现FF和TF裂变事件的区分,从而得到全融合裂变的激发函数和碎片角分布。这一方法已得到国际上的广泛采用。最后得到:对11B+238U、237Np和12C+237Np三个系统,碎片各向异性实验值与理论值一致; 而对16O+232Th、238U和19F+232Th三个系统,碎片各向异性实验值大于鞍点模型计算值。在后三个系统中,实验证明裂变碎片各向异性的异常的确存在。
为了探寻异常的起因,他们比较了11B+237Np(α=0.91)和16O+232Th(α=0.87) 两个系统的数据,二者形成相同复合核248Cf,质量不对称性α分别在Businaro-Gallone临界质量不对称性αBG≈0.90的两侧。在相同激发能下,实验观测到两个系统的碎片各向异性明显不同。这表明在近垒和垒下融合裂变反应中存在着入射道效应。说明α<αBG的裂变未经历球形复合核阶段,对入射道保持某些记忆,标志存在着非复合核裂变,为解释上述异常提供一个物理原因。
基于上述的实验测量结果和DΦssing and Randrup的理论框架,他们提出了一个新的预平衡裂变模型,给出K角动量高斯分布的方差为σ2k=K2o[1—exp(—gJ2)],这里K2o是σ2k的平衡值,假定在鞍点形状求值,g是一个有因次的模型参数,依赖于裂变寿命、各种类型的转动惯量和迁移张量。利用这个模型圆满解释了裂变碎片各向异性的异常现象,由此抽取的<J2>值与耦合道理论重现融合激发函数得到的<J2>值普遍一致,但对碎片各向异性的异常峰结构不能说明。
这项研究受到国际同行的重视。从1989年发表第一个结果开始,至今一直得到国际上的反响。从1989年至1998年的五次国际核物理大会上的有关邀请报告均有引用或评述,在多次有关的专题国际学术会上也有类似情况。在Vandenbosch [Annu.Rev.Nuel.Part.42 (1992) 447] 和Kailas [Phys.Reports 284(1997) 318] 两篇权威评述文章中分别评述和引用他们多篇论文。这项成果获1999年国家自然科学奖三等奖和1991年部级科技进步奖一等奖。
在国外合作研究垒下重离子熔合反应的平均角动量激发函数和熔合势垒分布中,首次在58Ni+60Ni反应中揭示出双声子激发引起熔合势垒分布劈裂成3个峰,表明复杂的核的表面振动影响垒下熔合增强。该工作已成为这方面研究的一个典型工作。
近年来,采用转移反应角分布做探针和发展渐近归一化系数(ANC) 方法,首次研究稳定核激发态中子晕,观测到12B第二、第三激发态和13C第一激发态为单中子晕态,13C第三激发态为中子皮态,从而扩大了晕核的研究范围。在近滴线区域寻找质子晕核研究中,除观测到了27 P和29 S可能是质子晕核外,还观测到27,28P核芯增大的现象。此外,在研究弱束缚核破裂对近垒熔合反应的影响中,他们的6Li+208Pb的实验结果支持垒上能区熔合截面压低的结论。该结果已被国外理论家用于全反应道的完全耦合道计算中作为熔合数据的依据。
张焕乔是20世纪50年代我国自己培养的知识分子,他热爱祖国、有强烈的事业心,深爱自己的工作,刻苦钻研,精益求精,科学作风严谨踏实,实事求是。他长期埋头在科学实验第一线上开拓进取,善于利用国内有限条件自力更生地做出创新水平的工作,参与国际竞争,为发展我国核科学事业作出了贡献。
简 历
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。
主 要 论 著
1 戴传曾,叶春堂,张焕乔,等. “跃进一号” 中子晶体谱仪. 原子能科学技术,1959,2: 100
2 安万寿,张焕乔,杨继廉,等. 中子衍射仪的构造与性能. 物理学报,1961,17:222
3 张焕乔. 中子平面晶体谱仪的分辨宽度. 物理学报,1963,19: 477
4 杨桢,张焕乔,周友朴. 1960—1961年观察到的压电振荡对石英单晶片进行中子衍射的影响. 物理学报,1974,23: 447
5 张焕乔,刘祖华.252Cf自发裂变瞬发中子平均数及中子数目分布的测量. 原子核物理,1979,1: 9
6 张焕乔,许谨诚,刘祖华,等.239Pu瞬发裂变中子平均数随入射快中子能量的变化. 原子核物理,1980,2: 29
7 Zhang Huanqiao,Liu Zuhua,Ding Shengyue,et al.. The average number of prompt neutron emission number for spontaneous fission of plutonium-240,curium-242,and curium-244. Nucl. Sci. and Eng. 1984,86: 315
8 Zhang Huanqiao. Activities of transactinium isotope nuclear data at thechinese nuclear data centre. IAEA-TECDOC-336,1985,335—342
9 Zhang H Q,Fortuna G,Stefanini A M,et al. Fusion-evaporation reactions in the 27Al+46,48 Ti systems. Bollettino della Societa di Fisica,1983,130:79
10 Zhang Huanqiao,Xu Jincheng,Liu Zuhua,et al. Anomalous anisotropies of fission fragment angular distributions in sub-barrier fusion-fission reaction. Phys. Lett. ,1989,B218:133
11 Zhang Huanqiao,Xu Jincheng,Liu Zuhua,et al. Anomalous anisotropies of fission fragments for the 16O+232 Th sub-barrier fusion-fission reaction. Phys. Rev. ,1990,C42: 1086
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16 Zhang Huanqiao,Liu Zuhua,Xu Jincheng,et al. Anomalous anisotropies of fission fragments in near- and sub-barrier fusion-fission reactions. Nucl. Phys. ,1992,A538: 229c
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21 Stefanini A M,Ackermann D,Zhang H Q,et al. Influence of complexsurface vibrations on the fusion of 58Ni+60 Ni. Phys. Rev. Lett. ,1995,74:864
22 Ackermann D,Bednarczyk P,Zhang H Q,et al. Cross sections andaverage angular momenta in the fusion of 28Si+94,100 Mo and 58,64Ni+64Ni. Nucl. Phys. ,1996,A609: 91
23 Liu Zuhua,Zhang Huanqiao,Xu Jincheng,et al. Preequilibrium fissionfor low angular momentum. Phys. Lett.,1995,B353: 173
24 Liu Zuhua,Zhang Huanqiao,Xu Jincheng,et al. Fission before Kequililbration. Phys. Rev. ,1996,C54: 761
25 张焕乔. 垒下重离子熔合裂变反应. 见: 原子核物理进展. 上海: 上海科学技术出版社,1997. 206—249
26 Zhang Huanqiao,Yang Feng,Lin Chengjian,et al. Barrier distributions for 16O +152 Sm quasielastic and elastic scattering. Phys. Rev.,1998,C57: R1047
27 Zhang H Q,Yang F,Lin C J,et al. Barrier distributions for quasi-elastic and elastic scattering of 16O+152Sm and 184W. Proceedings of the international workshop on nuclar reacyion and beyond,World Scientific,2000,95—105
28 张焕乔. 超重元素合成的新进展. 原子核物理评论,1999,16 (3):192—196
29 Lin C J,Xu J C,Zhang H Q,et al. The Effects of deformed projectilein threshold anomaly and fusion reaction. Plys. Rev.,2001,C63: 064606
30 Liu Z H,Lin C J,Zhang H Q,et al. Asymptotic normalization coefficients and neutron halo of the excited states in 12B and 13C. Phys. Rev.,2001,C64: 034312
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