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陈佳洱
2013-12-13 14:54     (点击: )

    我校应用物理系50级学生,现任北京大学校长、教授,国家自然科学基金委员会副主任,中国物理学会理事长,核物理学家,1934年10月生,上海市人,中共中央候补委员,1993年当选为中国科学院学部委员(今称院士)。
  陈佳洱生长在上海市一个知识分子家庭,受到良好的家庭教育。抗日战争胜利后,进入上海市位育中学读书。开始他很希望继承父业成为一名作家,课余的第一篇翻译习作《森林中的红人》曾发表在上海华美晚报上。后来,数理老师的精彩讲课把他的兴趣逐渐引向自然科学。在一次学校的科技展览上,他看到高年级同学用自制的无线电发射机把校庆的消息广播出去,他被深深地吸引住,遂与几个同学组织了课余无线电小组,开始热衷于无线电制作,并从此立志从事自然科学事业。
  陈佳洱在1950年高中毕业后,考入大连大学工学院(我校前身),学习了两年;1952年因院系调整去东北人民大学(现吉林大学)。大学期间的学习为他日后的事业打下了关键的基础。在我校应用物理系学习时,系主任王大珩先生曾指导过他的普通物理实验课。王先生对学生要求非常严格,这对于他掌握实验的基本功大有裨益。在吉林大学时,原子物理课与量子力学课当时分别是由朱光亚先生和吴式枢先生(编者注:吴先生也是在院系调整时由我校调去的)讲授的。这两门课程引起了他对近代物理的浓厚兴趣。他的毕业论文《盖革计数管的研究》就是在朱光亚先生的指导下完成的。1952年12月他加入了中国共产党。大学毕业后,吉林大学物理系主任余瑞璜先生将他留在系里当助教,参与建设X—射线专门化实验室的工作。
  1955年,我国第一个培养原子核科技人才的基地——北京大学物理研究室(现技术物理系)成立。同年8月,陈佳洱奉调来北大该研究室工作,担任核物理教研室秘书,并负责筹建我国第一个核物理教学实验室。1959年,系里决定由他担任主任的教研室自行设计和研制扇型聚焦等时性回旋加速器。从此,加速器的研究成了他终生的事业。
  1963年,他被派往英国进修,从事等时性回旋加速器中央区的研究。指导他的是牛津大学的威尔金森和卢瑟福研究所的劳森,二人都是英国皇家学会的会员。当时回旋加速器的一大难题是,加速器引出束流的强度通常只有注入流强的百分之十几。离子是如何丢失的?劳森让陈佳洱研究这一重要问题。他使用微分探针逐一确定各种离子成分的轨道,将实验诊断与理论分析及计算机模拟相结合,逐圈分析各轨道的粒子动力学特性,终于弄清了束流衰减的机制。在此基础上,他采取相应措施,使束流的传输效率提高了三倍以上。其间他还用实验证实了越隙共振的存在,并发展了用正弦波电位器调整谐波场来控制离子轨道中心,以抑制越隙共振振幅增长的方法。这些成果在1965年国际回旋加速器会议上发布,受到了国际同行们的重视。后一方法在“文革”后也被国内研制的两台回旋加速器所采用。1966年初他回到国内,当时国家科委批准拨款500万元在北京大学建造等时性回旋加速器,后由于“文革”,工作被迫停顿。
  1972年以后,在周总理的直接过问下,基础研究工作得以恢复。当时德国法兰克福大学刚刚推出一种螺旋波导加速器结构。陈佳洱认为这种加速器具有尺寸小、构造简单、投资较少等优点,适宜在学校中发展。他所领导的研制组经过反复试验,摸索出一种冷加工预应力绕制法,解决了螺旋线成形加工的难题。为了进一步解决螺旋线在高功率下的动态不稳定性问题,他从理论上对其谐振特性进行了分析,提出了减小负载因子的解决办法,最后终于制成了一台可用的结构样机。与此同时,他还对束流脉冲化理论和技术进行了深入系统的研究。他用二维相空间的理论和方法分析束流的群聚和切割过程,克服了传统理论的不足,有效地预言了脉冲束的波形,并给出了脉冲束流的品质与其初始能散和初始发射度的关系。利用以上成果,他领导的研制组为北京师范大学低能核物理研究所研制了螺旋波导腔聚束装置。该装置仅用不到10瓦的功率即可将350kev连续氘束压缩为1纳秒的脉冲,并且通过实验验证了他所提出的束流脉冲化理论。此项成果获得了北京市科技进步二等奖。
  1982年8月,在杨振宁先生的安排下,他前往美国纽约州立大学石溪分校核结构研究所,承担了该校超导直线加速器脉冲化系统的研制任务。在那里他将原在国内发展起来的束流脉冲化二维理论拓展应用到包括双漂移聚束器、高能后切割器、后聚束器及各种束流输运元件的组合群聚等时输运系统上,将这一研究成果编制成控制脉冲化系统的专用软件,并根据所输入的实验条件,直接控制加速器各有关设备,运行起来既方便又可靠。石溪的同行们把这种运行方式称为“陈氏模式”,一直沿用至今。该校物理系主任、曾任美国政府核科学顾问委员会主席的Paul教授在1983年给北京大学重离子物理研究所所长虞福春教授的信中说:“我们大家全都十分赏识陈的勤奋而高效率的工作以及他的洞察力。您的实验室有这样一位在加速器动力学方面如此有经验的人是十分值得庆贺的。”
  1984年1月,陈佳洱从美国回到北京。他相继被任命为北京大学副校长、博士生导师、研究生院院长,主管科研与科技开发等工作。1996年7月至今,任北京大学校长。他坚持基础研究,应用研究与高新技术开发三者协调配套发展的方针,并针对北京大学的情况,在发扬传统优势的基础上,着重加强应用基础和开发的研究。经过数年努力,北京大学在这三个层次的科研中都出现了兴旺发达的局面。那几年也是北京大学高科技产业的起步阶段,北京大学新技术公司(后来发展成方正集团)、北佳公司的创办与发展也都凝聚了他的不少心血。他推动实行教师聘任制;改变了以往职称晋升数年一评的做法,坚持年年进行;并开始对优秀中青年教师实行破格晋升,造就一批跨世纪的骨干教师。1998年5月,他成功地主持了北京大学百年校庆的系列纪念活动。1990年底,他被国务院任命为国家自然科学基金委员会副主任;他还相继担任中国物理学会理事长、中国科协常委、北京市科协主席、亚太物理学会主席及国家高技术研究发展计划410主题专家组顾问。
  尽管有繁重的行政工作以及众多的社会与学术团体兼职,他近十年来在加速器科研与工程方面所付出的努力非但没有减弱,而且取得了累累硕果。由他主持设计建造的4.5兆伏静电加速器,在我国首次摆脱了传统的仿制模式。这台加速器在离子种类、能量范围和束流脉冲化性能等方面均优于国内同类设备,填补了我国单色中子在5~7MeV能区的空白。他主持的另一项工程是改建2×6MV串列静电加速器。该器价值200多万美元,是英国牛津大学转让的。整个改建和配套工程只用了不到100万元人民币经费和不到两年的时间,经国家教委验收认为是一项投入少、效益高的范例。作为项目负责人,他还主持了三项高水平的加速器科研项目。其一是1.5GHz射频超导铌加速腔的实验研究,并列人国家“863计划”。他率领课题组建成了一个高水平的射频超导实验室,发展了一套具有特色的表面处理工艺,使铌腔的加速梯度稳定地提高到12.6MV/m,达到了国际先进水平,并获得了1992年度国家教委科技进步一等奖。其二是整体分离环射频四极场加速结构的研究。他在80年代率先提出了在分离环加速结构上增加四根杆构成射频四极场加速器的设想,并与同事合作发展了实用结构。与常规射频四极场加速器相比,该结构的尺寸小、机械和电稳定性好、工作频率低、调频范围宽,因此适于加速重离子。1992年该结构的样机通过高功率试验,主要性能指标达到了国际上同类结构的先进水平。其三是应用于地球科学的加速器质谱计的研制。该项目为国家自然科学基金重大项目,1993年通过鉴定验收。这台加速器质谱计以2×6MV串列加速器为主器,可以检测样品中的14C,1OBe和26Al,用于测年或示踪,对于我国地球科学、考古学与环境科学的研究有很大推动作用。其14C测量的灵敏度达6×10-15,精度好于1%,此指标已达到国际先进水平。迄今已为20多个单位测试了一大批地质、考古样品。目前承担国家重大项目“夏商周断代工程”中的14C测年任务。
  在多年科学研究实践中,陈佳洱逐渐形成了自己独特的研究风格。他善于在繁琐的理论推导中把握物理过程的实质,并用形象直观的方式表达出来,使人一目了然。他注重独立思考,从不简单地接受别人的思想,·而总是喜欢提出问题、进行讨论。他思想活跃,富于创新精神,经常能提出一些别人想不到的点子。他又非常善于与人合作,总是尊重别人,从不强迫别人接受他的意见。正因为如此,在他的周围总是能够团结起一批人,包括比他年轻的、与他同代的,以及比他年长的人,形成一个强有力的科研集体。这正是他能够在这十年间,肩负如此重任而又能取得如此多成绩的原因之一。
  同时,作为一个大学教授,他一刻也没有忘记自己教书育人的天职。多年来,他一直亲自给研究生上必修课“粒子加速器”。他还主编了核工业系统的统编教材《加速器物理基础》。他先后培养了10多名硕士研究生、5名博士研究生,并指导了3名博士后研究人员。他所培养的研究生已有两人在北京大学被破格晋升为教授。
  陈佳洱致力于粒子加速器的研究与教学工作30余年,已取得一批国际先进水平的成果。他先后在国内外发表论文、研究报告、会议报告等共计90多篇,获国家科技进步二等奖一项,国家教委科技进步一等奖二项,光华科技一等奖及部级优秀教材一等奖各一项,部级科技进步二等奖三项等。1986年被评为我国中青年有突出贡献专家,1996年被评为国家高技术研究发展计划“八五”先进工作者(一等奖)。总结自己走过的历程,他曾写下这样的感想:“科学事物,必须不断研究,认真实验,只有通过韧性的战斗,才可能获取光辉的成就。”


附:陈佳洱院士在一篇文章中回忆了自己的成长经历的体会,回忆了在我校读书时受到的教益等,耐人寻味。现将该文转载如下:
  我生长在上海一个知识分子的家庭。父亲陈伯吹毕生致力于教育和儿童文学创作。母亲吴鸿志是师范学校的钢琴教师。在家里我是一个独子,父母把他们的爱心倾注在对我的培育上。小时候,妈妈经常给我讲故事,教我唱歌、弹钢琴,爸爸以他收藏的儿童图书吸引我学习。可惜好景不长,在日本军的侵略下上海沦陷,爸爸为抗日去重庆国立编译馆工作,妈妈被日本宪兵逼得吐血卧病,被关在医院里。我只得寄居在外婆家,在一家教会小学上学。在那苦难的日子里,哪敢有半点对未来的奢望。
  抗日战争胜利后,父亲送我进上海市位育中学就读,校长李楚材先生聘请了一批高水平的老师任教。如教数理化的陈安英、周昌寿、李玉廉先生和教语文的朱家泽先生等,使我有机会获得良好的中等教育。在中学的课程中,起初我对英文最有兴趣。爸爸还鼓励我做课余翻译。在他的帮助下,我的第一篇翻译习作《森林中的红人》发表在上海《华美晚报》上。那时候我很希望继承父业,成为一个作家。有一次在学校的校庆科技展览上,我看到高年级同学表演用自制的无线电发射机把校庆的消息广播出去,觉得这实在太神妙了,于是决心要掌握这一技术。回来后,就和同学王洪等一起组织了一个课余无线电小组,从单管收音机一直搞到功率放大器,到了废寝忘食的地步。为了在学校里普及无线电知识,我们还搞了一个名叫“创造”的油印刊物,连续出版了一年。上海《大公报》曾专门报道我们的事迹,以资鼓励。从这时候起,我开始立志从事科学。
  1950年我考进大连大学(大连理工大学前身),在这里学习了两年;1952年因院系调整,转到吉林大学物理系学习。大学的教育为我日后的事业打下了关键性的基础。我有幸得到了许多造诣高深的名师指导。其中对我影响最深的是王大珩、朱光亚、吴式枢和余瑞璜先生。王先生当时是大连大学应用物理系系主任,为了培养学生的实验能力,亲自带大学普通物理实验课。他对学生要求非常严格,每次实验完毕都要把实验记录交他批阅同意后才能回去写报告,遇有不合格的数据就要打回来重测。要是实验做得好,王先生给一个5分。那就得给同伴请客吃花生米,因为这实在太难得了。那一学期我请了3次客,至今我仍引以为荣!到了吉林大学后,朱光亚和吴式枢先生分别给我们上原子物理和量子力学课。他们讲的课物理图像非常清楚,逻辑十分严密,而且重点突出,层次分明。每听一课都是一次享受。学了这两门课后,不仅引起了我对近代物理的浓厚兴趣,还帮助我打下很好的理论基础。朱先生还指导我的毕业论文,以《盖革计数管的研究》为题。在他的指导下,我顺利地制成了第一只薄窗型β放射线计数管。
  1955年国家决定在北京大学建立第一个培养原子能人才的基地——北京大学物理研究室(现在的技术物理系)。我被调来参加筹建工作。研究室的第一任主任是胡济民先生,参加领导的还有虞福春、卢鹤绂和朱光亚先生。在他们的领导下,我负责建设我国第一个核物理教学实验室。按照实验大纲,需要一大批计数管。当时无处可买,虞先生便让我自制。他把他在美国用过的,—整套吹玻璃用的工具都送给了我,让我从学吹玻璃干起。我日夜加班,花了整整三个月的时间在物理系玻璃工的帮助下建起了一个小车间,又经过半年多不眠之夜,终于和同事们一起制成了一批批带薄窗的计数管,其中包括国内首次制成的α计数管和康普顿电子符合计数管等,保证了第一批实验的顺利开出。
  1963年学校派我去英国进修,从事等时性回旋加速器中央区的研究。指导我工作的是牛津大学的威尔金森和卢瑟福研究所的劳森。两位都是英国皇家学会的会员,前者是著名的多道分析器的发明人,后者是著名的等离子体聚变判据的提出者。当时劳森先生向我提出一个问题:“为什么由离子源引出的束流经过中央区加速后会发生大幅度衰减,那些离子丢到哪里去了?”这是一个十分复杂、不易回答的难题,他要我设法解决。我用微分探针逐一确定各种离子成分的轨道,并将实验诊断与计算机模拟、理论分析相结合,逐圈分析各轨道的动力学特性。终于弄清束流衰减的基本规律,使束流的传输效率提高了3倍以上,还找到了证实越隙共振存在的实验判据。过去我在研究中常常追求严格推导和理论上的完整,通过这一轮研究我更加重视形象思维和结合实际的理论分析。
  1982年,我在杨振宁先生的安排下去美国石溪大学访问,承担该校超导直线加速器上脉冲化系统的研制任务。早在70年代,我就曾将束流光学的理论和方法拓展到束流的群聚、切割和输运过程,这一次便将有关成果应用于该系统上,结果非常成功。64MeV的硫离子被压缩到100皮秒,束流利用效率高达60%以上,为当时国际先进水平。我又将有关成果制成软件,通过计算机直接控制加速器各项设备,运行起来既方便又精确,这样的运行方式由1984年一直使用至今。石溪的同行们高兴地把它称为“陈氏模式”。
  70年代末,我与教研室的同事们赴上海先锋电机厂研制4.5MV静电加速器。我们首次摆脱了传统的仿制模式,从优化物理参数着手,自行设计、建造。这台加速器于1983年加工完毕,但因“文化大革命”中原有实验室被占,不能安装。好容易等到1986年新实验楼建成,刚要开始安装,却因基建工人施工不慎,新楼起火,把加速器的高压电极、均压环等主要部件都烧坏了。这对我们无疑是一个晴天霹雳!面对这场灾难,我们谁也没有退却,大家只是加倍努力,把烧坏的部件一一整修、擦亮,逐一进行安装。经过4年的努力,终于调试出束。这台加速器的建成填补了我国单色中子5~7MeV能区的空白,并为北京大学中子与裂变物理实验室的建设奠定了基础。去年这台加速器不仅为北京大学、清华大学、四川大学等高校和有关国防单位提供了束流,还接待了来自美国伯克利大学、俄国杜布纳研究所和镭学研究所的访问科学家进行实验。我们为之奋斗了半辈子的实验基地终于开始运行,这对我是个莫大安慰!
  科学事物,必须不断研究,认真实验,得寸进尺地深入、扩展,通过韧性的战斗,才有可能获取光辉的成就。这是我从事核物理工作40年来的一点感想。

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