知名人物黄祖洽人物简介

Posted 2022-04-03 反应堆

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知名人物黄祖洽人物简介

·黄祖洽

黄祖洽，核物理学家理论物理学家。先后从事原子分子理论、原子核理论以及输运理论的基础研究，对我国原子核反应堆和核武器的理论研究及设计制造做出了重要贡献，对原子弹、氢弹设计原理中的物理力学数学理论问题及中子和稀薄气体的非平衡输运和弛豫过程的研究卓有成效。

黄祖洽，字季绳，曾用笔名示水、袁伦，1924年10月2日生于湖南长沙。黄祖洽的父亲黄迪庆曾在司法界任职，后来当过中学教员，他认为子女应当根据自己的兴趣和特长去发展。母亲张孝恂在操劳家务、抚养子女之余，喜阅书报、诵古诗。黄祖洽的妻子张蕴珍是中国科学院化学研究所的副研究员，曾经从事原子能化学方面的研究，1984年开始参加《当代中国》丛书中国科学院卷的编辑工作，改任编审。他们共有子女三人。

黄祖洽幼年受家中藏书的影响，有广泛的阅读兴趣和强烈的求知欲望。在他考入长沙兑泽中学之后刚刚一年半，日本侵略军逼近了湖南。长沙大火以后，黄祖洽离开家乡到江西河口(今铅山县)进入当时迁到河口的九江中学。在日本帝国主义对中国侵略步步深入的时代，黄祖洽度过了青少年时期。国家的患难和家境的清贫，使他从小饱受颠沛流离之苦，但艰苦生活的磨练，使他养成了在困难面前不服输、不信邪、自立奋斗的倔强性格。高中时，每星期的作业在一个晚上便可以全部完成，其余的时间就用于自学。他从物理教师那里借来大学的数学和物理课的教科书，并且为自己制定了详细的自学计划，仔细地阅读这些书。他思考了许多问题，做了大量的习题，高中的几年，尽管条件艰苦，但却是黄祖洽在学业和能力上突飞猛进的几年。他在这几年中培养了很强的自学能力、顽强的毅力和高度的自信心，同时也体会到读书求知的乐趣。学校图书馆所提供的各种图书使他有机会接触到广泛的知识，黄祖洽后来在科学上所取得的丰富成果，在很大程度上得益于高中几年奠定的基础和长期养成的刻苦钻研的习惯。

1943年暑假高中毕业后，黄祖洽只身离开江西去内地，途中几经辗转，还在西昌做了半年小学教师，第二年才到达昆明，考入由北大、清华、南开组成的西南联合大学物理系，两年后西南联大结束，他被分发入清华大学。在大学里，黄祖洽得到不少学识渊博的教授的直接教诲和热情鼓励。例如，教微积分的程毓淮、教高等代数的蒋硕民、教电磁学和物性论的叶企孙、教力学和热力学的王竹溪，都曾给予他深切的关怀和切实的帮助，特别是王竹溪，不仅介绍他读一些数学和物理学的名著，还在假期为他改习题并教他法语。有一段时间，黄祖洽消化不良，而学校食堂的伙食又差，以至腹泻经久不愈。王竹溪了解到他的病情以后，就让他每天到自己家里吃饭，让夫人特别为他做可口又易消化的软食，连续一个多月，直到他痊愈为止。在这些严格而又慈祥的教授的指导下，黄祖洽获得了丰富的知识，跨入了近代物理学的殿堂。

为我国反应堆的建造进行先驱性的工作

1949年，中华人民共和国成立，为黄祖洽那一代青年带来了新的希望。那时他正在清华大学当研究生，师从由英国回来的彭桓武做“氟化氢分子的一个量子力学计算”的工作。1950年研究生毕业后他被分配到中国科学院近代物理研究所，从此开始了他在核物理、反应堆和核武器等有关原子能的学科方面三十余年的理论研究工作。

50年代后期，黄祖洽在原子能研究所理论室带领一大组年轻人从理论方面研究各种类型的反应堆。反应堆中，主要的放热元件是由裂变材料做成的核燃料棒。这种裂变材料棒是中子的强吸收体，对周围中子的分布(中子场)产生影响。另外，为控制反应堆的功率，必须在反应堆中配置若干可以移动的、吸收中子能力特别强的控制棒，控制棒的效率取决于它对周围中子场所产生的影响。为定量地计算吸收棒在中子场中的影响，1955年初黄祖洽研究了输运理论中无限长黑圆柱情形下的Milne问题，并用球谐函数展开法求出了它直到P5阶的近似解。1955年底至1956年中，在参加接受前苏联援助我国重水反应堆的理论设计的同时，他结合反应堆结构复杂的实际情况，认真考虑了非均匀性对堆中中子输运的影响，仔细计算了这个反应堆中非均匀栅格的中子增殖性能、中子在慢化和扩散过程中和栅格相互作用的特征、反应堆应有的临界大小、以及运行中反应堆的组成所可能出现的各种变化。他发现，结果和前苏联提供的设计中所给出的临界尺寸数据不同。当时苏方理论设计的主持人A.加拉宁(Galanin)在同黄祖洽进行了讨论之后，承认苏方原设计的数据可能是错误的。以后在该反应堆启动时的临界实验中，黄祖洽的理论计算结果得到了证实。1956年下半年，彭桓武和黄祖洽在物理研究所举办了为期一年的反应堆理论训练班，学员近20人，为我国培养了第一代反应堆理论的研究人员。1960年在德累斯顿国际反应堆会议上，黄祖洽的学术报告阐述了为我国第一个重水反应堆的启动和运行所做的大量理论研究和计算工作。后来，黄祖洽又先后参与和组织了铀水堆(用于核潜艇)、石墨堆(用于生产)、元件堆(用于试验元件)的研究和初步理论设计，为这些反应堆的建造做了先驱性的探索工作。黄祖洽在反应堆理论上的创造性工作，后来总结在他的《核反应堆动力学基础》一书中，该书获1983年全国科技图书二等奖，钱三强曾在《光明日报》上撰文，向广大反应堆工作者推荐此书，并给予很高的评价。

对原子弹研制和氢弹预研的理论研究做出重要贡献

60年代初，为了加速核武器的研制，在核武器研究所集中力量研制原子弹的同时，按照有关领导的指示，在原子能所成立了一个由黄祖洽带领的十来个年轻人所组成的“轻核理论小组”，承担氢弹的预研工作。不久，原先作β衰变理论研究的何祚庥从前苏联杜布纳研究所回来，参加了这个小组;接着，本来带领另一大组年轻人作核理论研究工作的于敏也转过来和他们一起工作。于是便形成了在当时来说力量相当强的一批人，齐心协力地进行氢弹原理的探索。当时虽然正值三年困难时期，但是大家都风华正茂，意气风发，为了祖国的尊严，为了尽快打破霸权主义的核讹诈，日以继夜地从各个角度分别探索着、思考着，又不时在一起讨论着突破氢弹的途径。他们从基本原理出发，研究在有核反应条件下，计及电子和热辐射的输运时，由轻核材料组成的高温高密度等离子体的流体力学运动，以及系统中产生热核聚变反应的条件，分析可能会出现的各种物理过程和它们对热核反应可能会产生的影响，并在数学组的配合下进行数值计算。在研究核弹，特别是热核弹爆炸中所牵涉到的物理过程时，黄祖洽考虑到所研究的对象是一个在极高温度下发生核反应的，包含轻核、重核、电子、中子和光子等粒子的混合系统，不能沿用通常气体分子运动论中使用的玻耳兹曼(Boltzmann)方程，为使方程能正确地反映体系中粒子间有可能起的各种反应的事实，必须将方程加以推广。1961年，他研究了“关于起反应的粒子混合系统的运动论”，写上了包含多体相互作用和反应的广义运动论方程组，并在这方程组的基础上导出了带中子的辐射流体力学方程和反应动力学方程组，后者是核弹理论研究中经常用到的重要方程组之一。

在高温高压热核反应系统中，不管是从系统外射进来的中子，还是系统内部由于热核反应而产生的中子，它们的输运必然受到介质的流体运动和其中轻核的热运动的影响。1961年11月，在“关于高温高压热核反应系统中的中子输运方程”一文中，黄祖洽从上述广义运动论方程组出发，把带电粒子(轻核和电子)的运动和中子在系统中的输运有条件地分开来处理，从解出的中子能谱因子的形状可以知道，由于介质的运动，源中子的速度已不再限于反应产生时的那个完全确定的值，而是围绕这一速度有一定分布。反过来，从逸出系统外热核反应中子的速度分布，应当能推算出产生热核聚变的温度。

对于高速运动介质(例如，爆炸飞散中的星体或核装置)中的中子输送，介质的流体运动速率可以和慢中子在其中的运动速率相比，远大于核的热运动速率，这时流体力学运动对中子输运的影响必须加以考虑。在“高速运动介质中中子输运的新处理方法”一文中，黄祖洽提出一种新的作法，结果表明，在随流体运动的坐标系中，中子就好像是在一个等效力场的作用下输运一样，等效力场不仅包含普通力学中的“惯性力”项，而且还包含由于速度场的空间不均匀性而引起的一项，这个等效力场的作用是改变中子在运动中的速度分布。

1961年底，为了加强原子弹研制和氢弹预研工作的联系，黄祖洽用一半时间到核武器研究所兼职工作，一方面参加研究原子弹研制中所需的“状态方程”，探索中子源部件结构的设计，另一方面仍继续参加氢弹的预研。1962年，在“轻核反应装置中轻核的能谱和有关的问题”一文中，黄祖洽探讨了热核弹中轻核的能量分布(能谱)，发现可以合理地定出一个由高能能谱过渡到麦克斯韦(Maxwoll)分布的过渡能量Ec，建立了决定高能区(E>Ec)中能谱的微分方程(能量输运方程的一种简化形式)，得出了该方程的通解，并讨论了定态和指数上升单能源两个特例，大大加深了对轻核能量分布的理解。

当时，他还负责指导中国科技大学4名学生毕业论文的写作。由于平时找不到时间，只好在星期天请这几名学生到他家里去讨论有关论文的问题，在这段期间，黄祖洽在体力和脑力两方面的负担都很重，但是他精神上却很愉快，总想多做一些工作，黄祖洽的家和两处工作地点分在三地，要花许多时间乘公共汽车往来，有时他在公共汽车上脑子里也在想着某个疑难问题，而有些问题也确实是在这种场合下，忽然触发出新的思想而得到解答。在那些年，黄祖洽和他周围的许多同志都是这样一心一意、废寝忘食地扑在工作上。正因为有了这种努力奉献，我国终于在1964年成功地试验了第一颗原子弹，而黄祖洽自己则在过度劳累和过度紧张的情况下，得了腰痛、胃溃疡和高血压等疾病。

1965年5月，原子能所的“轻核理论小组”被合并到核武器研究所，黄祖洽也和小组中大部分同志一起，被正式调到这个所，合并后，大家协作，发挥各自的长处，在原有对原子弹研制和对氢弹预研认识的基础上，共同探索实现氢弹的具体途径，果然只经过一次含有热核材料的加强型弹和一次原理性氢弹的试验，便在1967年，在原子弹爆炸仅仅两年零八个月后，成功地在空中爆炸了我国的第一颗氢弹，创造了世界上从原子弹试验成功到氢弹试验成功最快的记录。值得提出的是，这一成就竟是在“文化大革命”的动乱中取得的，当时，黄祖洽和他的同事们必须在遭受大字报围攻和“群众组织”批判的同时去搞自己的研究，虽然大多数群众都还通情达理，没有过分为难他们这些“业务干部”，但总要费去不少时间，分散不少精力。黄祖洽在这一期间，参加了加强型弹的设计和将设计方案提交生产部门的工作，以及进一步突破氢弹的理论研究工作。

为保证核燃料生产和加工中的临界安全，第二机械工业部成立了专门小组，由彭桓武和黄祖洽先后任组长。黄祖洽带领该小组到内地，为一个新建的核燃料生产厂研究解决有关的安全问题。他们在详细地了解该厂原设计中存在的问题后，经过认真仔细的研究，提出了保证临界安全的一系列措施。为适应对临界安全性能作出快速估计的需要，1965年黄祖洽写出了“铀水系统安全质量的简易估算法”一文，其中介绍了一种估算铀水系统(或铀与其它含氢介质的均匀混合系统)的“安全质量”，即不会产生临界安全事故的铀235质量的简易方法。

1969年，“文化大革命”造成的混乱越来越严重，核武器研究所也进驻了工、军宣队，知识分子的日子越来越不好过，而黄祖洽也在刚刚领导完成了一种型号氢弹的设计，把设计方案提交生产部门后，就被送到河南上蔡县的一个“五七干校”去劳动改造，“心底无私天地宽。”黄祖洽以豁达和乐观的精神状态度过了那段岁月，在“干校”里，他从事过各种各样的劳动：播种和收割高粱、收割麦子、种菜、养猪等，甚至干过建筑小工，虽然身体上有些累，但紧张的思维却得到了难得的放松，经过两年多的“干校”生活，他的血压已经恢复正常。

致力于研究生的培养

1972年年初离开“干校”回研究所后，黄祖洽深感“文化大革命”动乱所造成“人才断层”问题的严重，因此萌发了转到高校去做些培养人才工作的想法，并于1980年调到北京师范大学工作，从此便致力于硕士和博士研究生的培养。他希望能培养出一代接班人，为中华民族的腾飞效力。从1982年开始，黄祖洽指导博士研究生丁鄂江对稀薄气体的非平衡输运和弛豫过程进行了研究。解决了玻耳兹曼方程求解时久期项难以消去这一历史难题。另外，该方法在各级近似中都导致纳维—斯托克斯(Navier-Stokes)流体力学方程组，而不会引到物理意义上有问题的伯奈特(Burnett)方程。原则上，可以利用他们的这一方法去研究非平衡系统中随时间的弛豫行为。在他们发表的一系列论文中，详细阐明了这个新的方法。在“球对称无限空间中稀薄气体的一种弛豫”一文中，则具体应用这一方法，通过一个简单的物理模型，讨论了当气体中某处(取为球面坐标的中心)发生一个爆炸过程，以至产生大量高速气体分子和热辐射时，气体在初始阶段的弛豫。计算表明，在这远离平衡的初始阶段，许多只在近平衡处有效的经验定律不再是正确的。例如，按照通常的热传导经验定律，系统中任一处的热流大小应当与该处的温度梯度成正比，而方向则与梯度的方向(从低温到高温)相反，即由高温处流向低温处，但是计算结果却表明，在距爆炸中心点γ≈γc(这里γc是一个特征长度)处，热流在开始的某一段时间内，其方向与温度梯度的方向一致，都取向心方向。也就是说，热量是从低温处流向靠近中心的高温处。看来，这个结果似乎违背了热力学第二定律，其实不然。因为在初始时刻，在γ≪γc的范围内，气体的分布函数远离局域麦克斯韦分布，因此有较小的熵。在热量从低温向高温向心流动的同时，中心部分的气体很快地向局域麦克斯韦分布弛豫，它的熵有大幅度的增长。因此就整个系统来说，熵还是增加的。

黄祖洽在科研上取得不少成就，并获得多项奖励。1982年获得国家自然科学一等奖，1991年获得国家教委科学技术进步一等奖。1996年获得何梁何利基金科学与技术进步奖。

黄祖洽根据自己多年来的研究成果和心得，为研究生开设了输运理论课程，有不少外单位的教师和科研人员也来听课。许多学员希望得到一本这门课程的讲义。参加听课的丁鄂江协助整理了讲稿。于1987年，黄祖洽与丁鄂江合作编写的《输运理论》一书由科学出版社出版。这本书总结了黄祖洽在输运理论方面的成果。

黄祖洽生活简朴，待人和气，对自己学而不厌，对学生诲人不倦。他喜爱大自然，常同家人、朋友或学生郊游。他也喜欢读一些小说，借以放松经常过于紧张的思维。

简历

1924年10月2日出生于湖南省长沙市。

1944～1948年在西南联大物理系、清华大学物理系学习，毕业。

1948～1950年清华大学物理系研究生。

1950～1956年任中国科学院近代物理研究所(1953年至1956年改称物理所)助理研究员。

1956～1962年任中国科学院原子能研究所副研究员。

1962～1965年任中国科学院原子能研究所研究员。

1980年当选为中国科学院数学物理学学部委员(后改称院士)。

1980年以后任北京师范大学低能核物理研究所教授，所长、名誉所长。

主要论著

1 黄祖洽.核反应堆动力学基础.原子能出版社，1983

2 黄祖洽，丁鄂江.输运理论.科学出版社，1987

3 黄祖洽文集.北京师范大学出版社，1994

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·黄祖洽

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