施士元
最早核物理研究者之一
施士元(1908年3月20日—2007年9月28日),男,又名公岛,笔名万乙,物理学家,是诺贝尔奖获得者玛丽·居里为中国培养的唯一的物理学博士、“中国的居里夫人”吴健雄的老师。 1929年,毕业于清华大学物理系,长期在南京大学物理学院任教。是我国最早从事核物理研究者之一,发现α射线精细结构γ射线能量严格相等的现象。曾发现液态钠中有晶态原子团存在;证明AuCu3有序无序转变是成核成长相变过程;用蒸发模型和准自由散射成功地计算3H(n,2n)和3He(n,2n)截面,还指导用核技术开展对生物分子有机高分子化合物的研究工作。长期致力于物理教学工作,培育了大批物理人才。
个人简介
(1908—2007)
施士元,男,又名公岛,笔名万乙,英文名Sze Shih-Yuan,英文笔名Skimtao Shih Yuan。1908年3月20日出生于崇明区。2007年9月28日于南京逝世,享年99周岁。其父施禹传毕业于保定陆军军官学校,1911年辛亥革命时曾参加国民军攻占南京保卫战。施禹传治家严谨,教子有方。施士元幼时曾阅读“四书”、“五经”、《左传》等经典著作及《封神演义》、《西游记》等古代小说,遂使他既具有忠孝节义、仁义礼智信的道德规范,又有超越现实世界的思想境界。
1920年夏,小学六年学制,施士元五年完成,以总分第一的成绩,毕业于崇明三乐小学,考入浦东新区中学。中学学习期间,凡遇数理化难题,他总是锲而不舍,千方百计地求得其解。六年级时,他与一些同学成立了数理化学会,求解难题。中学阶段,施士元将学习目标对准大学一年级数理化教材。中学期间,他曾被选为学生会长,参加过上海市发生的“五运动”。
1925年夏,施士元考入清华大学物理系。1926年3月18日,他与全校同学一起反对段祺瑞对日签订塘沽协定。在铁狮子胡同枪林弹雨中,死伤300余人,施士元幸免于难。1925—1929年四年大学期间,施士元认真学习,获得了大量的基础理论知识,为以后开展科学研究奠定了基础。
人物履历
1908年3月20日,出生于上海市崇明区
1929年,毕业于清华大学物理系,获学士
1929—1933年,在巴黎大学镭研究所从事研究工作。1933年获法国巴黎大学科学博士学位。
1933—1952年,任中央大学物理系教授,兼系主任(1933—1934)、代系主任(1946—1952)。
1949—1984年,任江苏省物理学会理事长。
1952—1987年,任南京大学物理学院教授兼教研室主任。
1987年,任南京大学物理系名誉主任。
2007年9月28日,在江苏省南京市人民医院逝世
研究领域
我国最早从事核谱学研究的学者之一
1929年夏,施士元考取了江苏省官费,留学法国。从上海市马赛,坐海轮,飘洋过海,历时31天。1929年冬,他进入巴黎大学镭研究所,在玛丽·居里指导下,从事核谱学研究工作。
镭研究所是居里夫人一手创办起来的,它是当时全世界放射性研究三大中心之一,拥有当时全世界最强最齐全的放射源。有1.5克镭、很强的源、当时全世界独有的系元素等。在加速器技术没有充分发展之前,天然放射性元素核物理研究的唯一手段。因此,其他实验室不能开展的研究工作,居里夫人实验室有条件开展。
原子核物理与原子物理的发展史相似,也从谱学开始,最早的工作是核谱学,即原子核的α射线谱、β射线谱与γ射线谱的研究与分析。30年代初,居里夫人实验室开展对α射线谱精细结构的研究,施士元参加了此项工作。这一工作是在巴黎附近勃尔浮的大电磁铁上进行的。对γ射线谱的研究,最直接的办法是用类似晶体衍射谱仪。但是γ射线波长很短,晶体衍射谱仪只能对软γ射线适用,对一般的γ射线必须用比较间接的内转换电子能谱类确定γ光子的能量。因此,在30年代初,人们的注意力放在放射性元素的内转换电子能谱测定工作上。当时玛丽·居里给施士元的研究题目,就是放射性沉淀物的内转换电子能谱的测定与分析。施士元对钍B的β射线谱的研究论文,于1932年发表在法国科学院院报上。同年他完成了钍C十C′十C"的β射线的磁谱工作。在1932—1933年间,又完成了对锕系金属锕C十C′十C"的β射线磁谱工作。这些工作的研究成果,均以论文发表在法国科学院院报上。最后一篇总结性文章则在1933年法国物理学年鉴上发表。
施士元和居里夫人及其助手一起,发现了α射线精细结构的能量与一些γ射线的能量严格相等。这是因为一个母核发射出一个α粒子之后,子核可以处在基态或者处在一个激态。如果子核处在基态,则α粒子能量最大。如果子核处在一个激态,则α粒子能量就要小些。因为一部分能量被用来激发子核。子核激态常以发射γ射线来消退激发。所以,γ射线的能量会严格地与α射线精细结构的能量相等。后来施士元经过分析,意识到这种规律的出现,是由于子核的激态可能是一种转动状态。因为α粒子带走了角动量,角动量守恒导致原子核的转动。
在1929—1933年的四年中,施士元专心从事实验工作。施士元的博士论文答辩,在巴黎大学理学院的阶梯教室里举行。玛丽·居里、佩恁(Jean Baptiste Perrin)、德比尔纳(André Debierne)三人组成答辩委员会。这三位主考官中,前两人是获得过诺贝尔奖的物理学家。德比尔纳则发现了锕元素。1933年春,在巴黎大学获得博士学位。此后居里夫人邀请施士元留下继续在所里工作,并说可以负责他的生活费用。施士元因为已收到国内的邀请信,婉言谢绝了居里夫人的好意。
1933年初夏之际,施士元回国。他为了观看苏联前几个五年计划发展重工业的成就,取道德国波兰和苏联西伯利亚回国,在圣彼得堡参观了冬宫及十月革命起义的遗迹,在莫斯科参观了莫斯科国立大学莫斯科东方大学、附近的集体农庄、幼儿园、面包工厂等。在符拉迪沃斯托克施士元搭乘一艘货轮回到上海市。接受中央大学邀请,成为中央大学物理系教授,当时,他只有25岁,是全国高等学校中最年轻的教授。
1935年,施士元和孙瑞瑾在上海举行婚礼。夫妇二人育有三个女儿:施蕴陵、施蕴渝施蕴中
重要贡献
施士元从国外回到上海,正逢中国物理学会召开第二届年会。施士元在会上作了放射性元素β磁谱的报告,受到与会者的好评,并在会上接到中央大学浙江大学的聘书。他认为中央大学更需要他,于是应中央大学之聘来到南京,成为中央大学物理系教授兼系主任,当时,他只有25岁,是全国高等学校中最年轻的一位教授。
在1933—1952年的19年中,他每学期开两门课,有时开三门课。除收音机课程以外,其余课他都开过。由于当时只有外文参考书,没有中文教材,因此他在讲课过程中,常常自编讲义,先后编写了普通物理学、原子物理学、理论力学、光学等讲义。1952年院系调整后,他还编写了X光结构分析、核理论、粒子物理等教材。为配合教学和科研的需要,他又翻译了X光结构学、角动量理论、核理论精选等方面的书。在他和物理系一批老教授的教诲下,南京大学物理学院培养了一批物理学人才。他的学生中,有的后来成为世界闻名的科学家,如吴健雄等。
施士元在教课之暇,坚持进行科学研究工作。在设备条件很差的情况下,于1936年用X光衍射法观察到,钠在熔点以上处于液态状态还存在着晶态的衍射花样,这表示,在液态中一个钠原子周围的环境,还保持局部的晶体环境。
1937—1945年中国抗日战争期间,中央大学西迁重庆市,因日本飞机经常轰炸骚扰,实验室工作大部分停止,科学研究工作无法正常进行。
科普工作
1945年8月,美国广岛市长崎市投下两颗原子弹。原子弹的爆炸震惊了全世界,人们自然而然地提出一系列问题:什么是原子弹?为什么原子弹有这样大的威力?原子弹是怎样制造的?等等。施先生的学生吴健雄就参与了曼哈顿计划,并负责曼哈顿计划中最尖端的核心技术部分。吴健雄博士是唯一一名参与曼哈顿计划的女科学家,故而吴健雄博士有“原子弹之母”的称号。
为了满足人们的好奇心,施士元根据核物理知识和自己对核裂变现象的了解,作了一系列报告。施士元的报告在中央日报上作为新闻出现。于是政府机关(如资源委员会等)、工矿企业、军事部门和军队纷纷约请他作报告。
在50年代,当苏联建成第一个核能发电站后,施士元做了多次关于和平利用原子能的报告。当苏联第一艘原子能破冰船下水启航时,施士元又做了一系列报告。这些科普宣传工作使施士元获得科普积极分子称号。
抵制搬迁。南京解放前夕,蒋介石政府命令中央大学搬迁到台湾去。施士元当时任理学院物理系的代理系主任。理学院数物理系的图书仪器最多。校长周鸿经派人送来木箱子,要施士元组织人力将图书和仪器设备装箱,搬到台湾去。施士元借口箱子质量差,不符合长途运输的要求,不能装物理系的图书仪器,抵制搬迁。理学院召集全体教职员工开会,讨论搬家问题。会上,施士元说,一个大学要搬去台湾,图书仪器一定要同时搬走。如果没有图书仪器,教学和实验很难开展。而今图书仪器不能搬走,我们只好不搬。共产党来了,大学还是要办的,所以建议不要搬到台湾去。最后大会举手表决,大家同意理学院不搬。当时的中央大学有七个学院,包括理学院、工学院、师范学院、农学院、林学院、医学院、政法学院。理学院是一个大院。理学院不搬,工学院知道了也不搬,医学院、林学院、师范学院随后都决定不搬。这样中央大学就没有搬到台湾去。不久南京就解放了。最后只有校长周鸿经和教务长唐陪经两人携带了中央大学的公款,跟中国国民党逃到台湾去了。十年树木,百年树人。中央大学没有搬到台湾,这批教师留了下来,图书仪器保留了下来,这对保证解放后江苏南京地区的高等教育教学质量,发挥了非常重要的作用。
创建金属物理专业
1952年,中央大学改为南京大学,并成为文理科综合性大学。仿照莫斯科国立大学,各系成立专业教研室,采用苏联教材。1954年,施士元为了配合重工业发展的需要,与同事们共同创建了金属物理专业,目的是培养发展重工业所需的金属物理人才。施士元开出X光结构分析课,翻译出版了《伦琴结构分析》(俄译本)与《X光结晶学》(英译本),培养了金属物理方面的研究生与光谱分析方面的进修教师,发表了AuCu3有序无序转变动力学等10余篇文章。
创建原子核物理专业
施士元为了配合我国发展核能事业,在校领导支持下,和同事们一起,创建了原子核物理专业。第一届国际和平利用原子能会议在日内瓦结束以后,苏联来我国几个大城市,进行原子能和平利用图片资料巡回展览。施士元和南京大学一批师生到上海市苏联展览馆参观学习。会上来了十几位苏联专家作学术报告。翻译人员因缺乏专业知识,翻译得牛头不对马嘴,听者茫茫然。为弥补僵局,施士元作辅导报告,深入浅出,听众恍然大悟。出版社得知此讯,索要施士元讲稿,成书出版。《核反应堆理论导论》就这样于1960年出版。这是我国当时唯一的反应堆理论书籍。多年之后,这本书依旧是从事核反应堆设计学生们的入门教材。
创建核物理实验室
1958年,核物理专业师生分成加速器探测器质谱仪、β谱仪、核电子学等小组,日以继夜研制教学用的仪器设备。奋战一年后,核物理实验室逐一建立起来,自力更生,培养了一批又一批学生,送往祖国边远地区核能事业单位。
施士元考虑到核物理是实验科学也是理论科学,遂在专业内建立一个理论小组,并在教学工作的同时出版了《角动量理论》与《核理论精选》二书。约在1975年,核理论小组接受了第二机械工业部下达的核参数理论计算工作的任务。在核弹或反应堆设计过程中,需要大量的核参数,其中最主要的是中子打在一些核素上的散射截面。理论计算工作是使零星分散的实验数据系统化,填凹补缺,内插外延,以满足设计工作的需要。核理论小组用共振群方法进行中子对一些轻核的截面计算。计算结果经鉴定后被采用,并得集体奖。施士元用蒸发模型成功地计算在及氦上的(n,2n)和(n,3n)截面。当时在极低能量区中,理论与实验不一致。施士元在1983年用准自由散射模型获得满意结果,文章在核物理杂志上发表。1978年以后,核参数工作发展成为核少体问题理论工作,施士元曾多次主持核少体学术会议。
放射性同位素的应用研究
70年代末,国内在1958年建立起来的核物理专业纷纷下马。施士元和同事们将实验工作转向利用放射性同位素作核技术应用方面的工作,在80年代先后开展了穆斯堡尔谱在生物分子研究方面的工作和用正电子湮没技术研究高分子材料的工作。在理论工作方面,施士元转向研究粒子物理最基本的强作用问题。
社会活动
施士元除科研和教学外,积极参加各项社会活动。1956年参加中国民主同盟。1958年起被选为江苏省第二、三、五、六届人民代表大会代表与中国人民政治协商会议第二届南京市常务委员会委员。曾任中国质谱学会副理事长与质谱杂志主编,江苏省物理学会理事长,江苏省科普创作协会理事长,中国核学会、核物理学会、科普协会常务理事。施士元积极参加由中国物理学会组织的物理学名词规范化的工作,由他参加编写的《英汉物理学词汇》,1975年由科学出版社出版。从1982年起到1987年,他主持编著《汉英物理学词汇》,于1993年由南京大学出版社出版。
80岁开始画油画
施士元退休后,由于身体原因,不再能从事物理学教学科研工作。从80岁开始,学习画油画,临摹法国意大利德国波兰古典名画几十幅,创作油画一百多幅,其作品《雁归来》参加了1993年中国油画展
施士元于1987年退休,并受聘为南京大学物理学院名誉主任。
2007年9月19日,南京大学物理系和江苏省物理学会为施士元先生庆祝百岁华诞,其文集《施士元·回忆录及其他》举办首发式。
2007年9月28日,多个媒体发文,悼念施士元先生逝世。
主要论著
(1)Sze,Shih-Yuan.Sur le spectre magnétique des rayonsβ émis par le B [J].Académie des Sciences.Mars,1932,874-876.
(2)Sze,S.Y.Sur le spectre magnétique des rayonsβ émis par le Th C+C’+C” [J].Académie des Sciences.Juin,1932,2206-2211.
(3)Sze,S.Y.Sur les rayonsβ émis par le dépôt actif de l’actinium.Académie des Sciences [J].Novembre,1932,773-775.
(4)Sze,Shih-Yuan.Spectre magnétique des rayonsβ émis par le ThB + C + C’ + C” et l’AcB + C + C’ + C”[J].Annales de Physique,1933(XIX)59-86.
(5)Skomtao,S.Y.\u0026 L.K.Su.Anisotropy of spherical sound waves [J].Nature.Feb.10 1934,133(3354)214-215.
(6)Sze,S.Y.\u0026 Su,L.K.Effect of an electric lens on H₂O jets [J].The American 物理学 Teacher.1936,4(3)139.
(7)Sze,S.Y.Theory of the effect of thermal agitation on the reflection of x-rays by crystals(热扰动对晶体X射线反射的影响的理论) [J].汉语词类 Journal of Physics.1936,2(2)124-127.
(8)Sze,S.Y.X-ray 衍射 of 羧基液体丁腈橡胶 and the body-centered cubic type of liquid structure液态钾的X射线衍射和体心立方式的液体结构)[J].Chinese Journal of Physi计算机科学1937,(0)14-19.
(9)施士元。恒温有序化转变的时率[J].金属学报.1956,1(2)189-200.
(10)施士元、刘圣康。代位合金中有序化的机构[J].南京大学学报(自然科学版).1956,1(4)63-82.
(11)施士元、张国焕。无序到有序恒温转变的弛豫时间[J].物理学报.1956,12(1)80-82.
(12)施士元、洪永炎.AuCu恒温有序转变动力学[J].物理学报.1956,12(6)559-576.
(13)施士元、杨铭珍。积分强度的光电定量光谱分析法[J].物理学报.1956,12(6)577-584.
(14)施士元。恒温有序化过程的统计热力学理论[J].科学通报.1957(2)46-47.
(15)施士元。有序化几率和扩散系数之间的关系[J].科学通报.1957(3)84-85.
(16)施士元。高碳钢马氏体回火第一阶段的动力学[J].科学通报.1957(10)296-297.
(17)施士元。代位合金中的空穴扩散和有序化[J].物理学报.1957,13(4)245-251.
(18)施士元,刘圣康.短程有序及空穴对于CuAu有序化的影响[J].科学通报.1957(22)691.
(19)施士元,杨铭珍。影响光谱线的积分强度的因素[J].南京大学学报(自然科学版).1958,(1)65-76.
(20)施士元。金属中原子的跃迁几率[J].科学通报.1958(9)274.
(21)施士元。金属中内耗峰位置的预计[J].科学通报.1958(9)274-276.
(22)施士元。回火第一阶段中马氏体的分解过程[J].物理学报.1958,14(2)95-105.
(23)施士元。利用核磁共振吸收法分离同位素[J].南京大学学报(自然科学版).1959(1)41-42.
(24)施士元.CuAu有序化过程[J].南京大学学报.1959(4)17-30.
(25)施士元。核质问题的进展[J].科学通报.1962(10)1-6.
(26)施士元.原子核中核子结团和关联的核子对之间的偶合效应[J].科学通报.1963(4)49-51.
(27)施士元。低能准自由散射[J].原子核物理.1983,5(2)178-181.
(28)施士元。核科学技术的崛起和发展前景[J].新华文摘.1984(8)218-220.
(29)施士元.PAT对高分子材料研究的应用[J].核技术,1985(8)39-40.
(30)施士元(译).(苏)柏基意(Г.Б.Бокий),(苏)巴赖柯希志(М.А.Порайкошиц).伦琴结构分析(第一卷)[M].北京:高教社(俄译本).1954,1958.
(31)施士元。谈谈核能[M].南京:江苏人民出版社1955.
(32)施士元。谈谈原子能和核爆炸[M].南京:江苏人民出版社.1955,1974.
(33)施士元。光是什么?[M].南京:江苏人民出版社.1957.
(34)施士元(译).纪尼叶,A.X射线晶体学[M].北京:科学出版社(英译本).1959.
(35)施士元。核反应堆理论导论[M].上海:上海科学技术出版社1960.
(36)万乙(译).M.E.洛斯(M.E.Rose).角动量理论[M].上海:上海科学技术出版社(英译本).1963.
(37)万乙(译).F.姜奴西主编。核理论精选[M].上海:上海科学技术出版社(英译本).1966.
(38)施士元(参译).二十世纪物理学[M].北京:科学出版社(英译本).1979.
(39)施士元。用蒸发模型计算H(n,2n)d和H(n,3n)p的截面[hsj-78245(lljs)].第二机械工业部核数据中心编。核反应理论方法及其应用[G].北京:原子能出版社,1980:63.
(40)施士元(参编).英德法俄汉物理学词典[M].北京:原子能中国城市出版社1980.
(41)施士元(参编).英汉物理学词汇[M].北京:科学出版社.1985.
(42)施士元。汉英物理学词汇[M].南京:南京大学出版社1993.
(43)施士元。汉英环境科学词汇[M].南京:江苏科学技术出版社2002.
(44)王凡,陈金全,施士元.1p壳层核的α折合宽度(J).物理学报,1965,21(1):140-153.
参考资料
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