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杜祥琬:自主创新,把中国做强大

 作者:陈思 崔磊磊 逄锦桥 田飞 张越 来源:中国科学报 发布时间:2023/3/3 10:20:36 字体大小:

2021年,杜祥琬在北京举行的第三届未来能源大会上作报告。

1982年,杜祥琬翻译了《核反应堆物理学中的变分法》一书,利用变分法思想,推导出一套积分量对于微观量敏感度的公式,基于这套公式,通过编程建立了188体育在线:第一个中子学计算敏感度程序。

■陈思 崔磊磊 逄锦桥 田飞 张越

新中国70余年的科技发展历程中,一批又一批科研先行者自立自强,以国家需求为己任,高扬自主创新的旗帜,不断推动时代的进步。杜祥琬是这些先行者的杰出代表,为188体育在线:核武器、强激光技术和能源战略的发展作出了历史性的突出贡献。

在核物理领域继承创新

1959年,在核物理学家钱三强的主持下,国家选派包括杜祥琬在内的30名大学生到苏联莫斯科工程物理学院攻读原子能专业,1964年杜祥琬以优异成绩毕业,学成回国后被分配到中国工程物理研究院(当时称为“二机部九院”)理论部。

1975年,在新一代武器研究的开创时刻,杜祥琬受命创建和领导中子物理学研究室,涉及核试验诊断理论和中子学参数与计算方法。杜祥琬主持中子物理学研究室期间,带领团队攻关数年,翻译了美国专家小斯特西写的《核反应堆物理学中的变分法》;率先在国际上提出非线性中子输运方程;利用变分法思想,推导出一套积分量对于微观量敏感度的公式,并把它编程,建立了188体育在线:首个中子学计算敏感度程序;研制了多套适应设计需要的中子群参数;基于对基础数据重要性的深刻了解,推动成立了中国核数据中心与几十个研究单位与高校参加的工作网,系统发展了188体育在线:核武器中子学研究,实现了中子物理精确化模拟由扩散到输运的重大突破。

《中国科学技术专家传略-理学编·物理卷4》这样描述他的成绩:

针对新一代武器存在多个复杂过程、设计逼近临界极限,需要发展精密的物理诊断方法以实现精确的武器设计的全新要求,他正确确定了武器中子物理学的研究方向与课题,提出和发展了多种热测试手段,并具体提出了一系列新的诊断思想和方法,利用可测的物理量提取武器内部反应的时空信息。

(1)发现了“理论的裂变次级中子数存在系统偏差”和群参数临界调整误差的“超临界放大效应”,及其对核武器理论设计的影响。

(2)研究了高压缩热核聚变区“中子-中子碰撞效应”及“超高能中子”的产生,并经试验证实。提出了“非线性中子输运方程”的概念及其求解法和新的超高能中子诊断项目等。

(3)在主持研究时期,对各个核试验诊断项目的理论方案和计算负责技术把关,使188体育在线:的核试验诊断理论在与实验密切结合的过程中得到全面系统的发展,满足了武器研制所需的多种信息量及其精度的要求,形成了系统的核试验诊断理论。

(4)主持研究室深入进行了核武器中子物理学精确化的研究。

中子物理学研究室10年来的成果,不但有自己的创新,而且做得比较系统。中子物理精确化、核诊断理论,都是中国自己独立做的,因为这个领域当时在国际上严格保密,没有任何同行的经验可借鉴,这个创新完全是在实践和理论碰撞的过程中撞击出来的。

在强激光领域开疆拓土

1987年初,为了国家需要,杜祥琬的研究领域开始从核武器技术转到国家高技术某研究领域。杜祥琬担任该领域专家组成员兼秘书长,协助首席科学家陈能宽院士领导专家组,负责制订并实施相关研究发展计划。1991年,杜祥琬接任国家高技术某领域主题专家组首席科学家一职。

在高能激光系统的研制过程中,强激光器的光束质量始终是受到高度重视的核心问题。对于光束质量的深刻认识和重视,杜祥琬一直强调这个思想源于王大珩、王淦昌等老一辈科学家,历次主题会议上,他们都谆谆教诲大家要高度重视激光的光束质量问题。

为了获得优质的光束质量,杜祥琬带领团队进行长时间探索与实践,多次组织专题研讨。1996年7月,专家组在长春组织召开了氧碘化学激光光腔与光束质量研讨会,对COIL(氧碘化学激光器)的光腔选择与光束质量问题进行了较深入的研讨,提出了改进方法,明确了对腔型选择的基本思路和方案。

交流研讨会上、实验室现场、技术鉴定会上都留下了杜祥琬的足迹。深夜的灯光下更是留有他刻苦攻读、奋笔疾书的身影。虽然同为物理,可高能激光毕竟与核物理不同,为此杜祥琬一有时间就恶补相关的光学知识,并进行深入研究。在激光研究的实践中,他不断学习、总结、提高,在光束质量方面写出了一系列重要论文。

例如,1997年4月,他撰写的《实际强激光远场靶面上光束质量的评价因素》发表于《中国激光》。文章提出了能量型应用的强激光光束质量的一种评价标准;2005年3月,在第十五届气体与化学激光和高功率激光国际研讨会上,杜祥琬发表了论文《描述强激光光束质量的四个因素》,讨论了用于远距离激光能量传输应用的远场激光束质量表征,并以此为出发点提出了聚焦性、稳定性、近场光点的激光强度均匀性和可持续性四个因素,以描述大功率激光装置的光束质量;2010年5月,他撰写的论文《影响高能激光系统核心特征量的要素》发表于《强激光与粒子束》,阐述了对国际上正在发展的高能激光系统核心特征量的理解,分析了影响这个核心特征量的若干要素;2021年9月,在中国科学报社、北京大学经济学院联合主办的主题为“持之以恒加强基础研究”的第十三届创新中国论坛上,杜祥琬以高能激光系统光束质量研究为例,强调基础研究是推动科技创新和进步的基石。

杜祥琬常说“光束质量就是强激光系统的生命线”。在领导高能激光事业几十年的发展中,杜祥琬自始至终坚持这一重要认识,很多技术突破都以此展开,比如激光器腔型、自适应矫正、高能激光传输等,而这正是决定高能激光事业成败的关键因素之一。

在较短时间内,杜祥琬带领技术专家和科研工作者,使新型激光技术的研究达到国际先进水平,实现大跨度技术进步,取得了科学界公认的杰出成就。

在能源气候变化领域登高望远

2002年,杜祥琬当选中国工程院副院长,负责主持中国能源发展战略咨询研究工作,与其在核技术和激光技术研究领域深耕基础研究和技术创新一样,在此期间,年过花甲的杜祥琬一以贯之地坚持科技自主创新,主持研究并提出了一系列能源战略创新发展思路,特别是对可再生能源和核能发展方面的战略研判,有力推动了188体育在线:能源转型,主持参与了国家2020年和2030年低碳发展战略目标的论证。为188体育在线:应对国内外气候变化作出了突出贡献。

2021年,中央经济工作会议明确将“做好碳达峰、碳中和工作”确定为年度八大重点任务之一。中国能源结构转型按下“加速键”。在第三届未来能源大会(北京)上,杜祥琬以“未来能源与‘双碳’目标”为主题作大会报告,提出在能源转型大趋势下,能源资产将是能源技术的创新开发能力,以及对新能源关键矿物质的掌握能力及新材料的科学创新能力,而实现“双碳”的里程碑式目标,需要重大科技创新作为支撑。

不论是在核物理领域继承创新,在强激光领域开疆拓土,还是在能源气候变化领域登高望远,杜祥琬始终以国家需求为己任,高扬自主创新的旗帜,在基础前沿和技术创新领域奋勇争先。

“没有人教你怎么样把中国做强大,把中国做强大,只有靠我们自己。”这句话是杜祥琬院士家国情怀的真情流露,更是我们中国科学家自我超越、实现科技强国梦的使命与担当。

(作者单位:中国工程物理研究院)

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