原子科學家的三次“起跑”——記實驗物理學家唐孝威院士 周金品

唐孝威（1931-），出生于江蘇無錫，中國科學院院士。1952年畢業(yè)于清華大學。曾在中國原子能科學研究所、核工業(yè)部九院、高能物理研究所工作，并先后到杜布納聯(lián)合核子所、聯(lián)邦德國電子同步加速器中心、瑞士歐洲核子中心等處工作，對我國人造衛(wèi)星空間輻射劑量的測量、粒子探測器的研究、粒子物理實驗等方面作出重要貢獻。1979年榮獲全國勞動模范稱號，1980年當選為中國科學院院士。

被譽為“新中國培養(yǎng)的杰出實驗物理學家”的唐孝威院士，雖年已近古稀，但工作起來仍勁頭十足。他是AMS阿爾法磁譜儀國際合作項目北京高能物理研究所小組的組長，帶著研究團隊，參加了舉世轟動的尋找宇宙反物質(zhì)的國際空間科學實驗，并作出重要貢獻。唐孝威的成就何止于此呢，他曾在三個不同的科研領域里作出過巨大貢獻。他將其稱之為三次“起跑”。

第一次“起跑”：承擔核測試及核探測器研制重任

1952年，以優(yōu)異成績畢業(yè)于清華大學物理系的唐孝威，被分配到中國科學院近代物理所后改名為原子能所從事核探測工作。時年21歲的他，從此開始了科學研究的生涯。

開展核實驗研究，必先研制核探測器。因為核輻射是不能用人的感覺直接感觸的。探測器是專門用來記錄和測量核輻射的工具，好比是實驗物理學家的眼睛，原子能事業(yè)的所有部門都離不開它。

唐孝威所在的核探測器組的研究成果，曾獲得1956年度國家自然科學獎，他們也因此被譽為“中國核探測器研究的奠基者”。

當國家地質(zhì)部為尋找核工業(yè)的基本原料——鈾，而專門組織的野外勘探隊正苦于不會使用射線探測器時，唐孝威來到勘探隊。他同地質(zhì)專家們在崇山峻嶺中勘探，并教會了他們?nèi)绾问褂锰綔y器。之后，他參加了監(jiān)測國外進行大氣層核爆炸對中國大氣環(huán)境污染的三人小分隊，乘坐專用飛機，進行高空環(huán)境放射性的監(jiān)測。此項工作被專家們稱為“我國在野外地質(zhì)探礦和高空環(huán)境監(jiān)測工作中應用核探測器的開端”。

1958年，唐孝威被派往莫斯科杜布納聯(lián)合核子研究所從事高能物理研究。1959年６月，蘇聯(lián)單方面撕毀協(xié)議，撤走專家；美、英、法三個核大國也對中國在原子科學技術上實行嚴密的封鎖。我們別無選擇，只得“自己動手，從頭摸起”。1960年4月，唐孝威奉命回國，到兩彈研制單位報到。著名核物理學家朱光亞教授當即安排他領導一個小組，承擔核測試及探測器的研制工作。

研制工作從縮小尺寸的模擬實驗開始。這種“冷實驗”用的是化學炸藥及代用品。實驗時，為了檢查測試儀器性能，記錄數(shù)據(jù)，唐孝威無數(shù)次地在荒山禿嶺中爬上爬下。一輪實驗結束，馬上又進入下一輪實驗的準備工作。為此，唐孝威磨破了好幾雙鞋。

1962年，我國原子彈研制工作到了決戰(zhàn)階段。中央成立了以周恩來為主任，有7位副總理和7位部長參加的15人專門委員會。唐孝威和他的助手們也來到了青海湖邊的西北基地。

高原的刺骨寒冷使唐孝威的風濕性脊椎炎頻頻發(fā)作，常常是給他看病的醫(yī)生剛剛離開，他便立即趕回到工作崗位。在決戰(zhàn)的關鍵時刻，他的妻子、著名語言學家呂叔湘的小女兒呂芳，從廣州華南師范大學調(diào)到基地工作。在妻子的精心照顧下，唐孝威的身體才得以康復。

1963年11月20日，基地成功地進行了一次縮小比例的聚合爆轟實驗。這是原子彈正式爆炸實驗前進行的一次關鍵實驗。唐孝威領導測試組負責關鍵性的中子點火試驗的測試任務。為此，他進行了近兩年的各種準備工作。當中子點火一次實驗成功的消息傳來后，整個基地沸騰了。

半年后，又進行了第二次實驗。這是一次全尺寸的模型爆轟實驗，唐孝威他們再次獲得成功。當天，張愛萍將軍就為這次實驗成功賦詩祝賀。

中央決定：我國第一顆原子彈爆炸實驗采取塔爆方式。1964年9月，我國第一座核實驗塔在戈壁深處聳立起來。這座高達102米的鐵塔，無風時都搖擺，若碰到８級大風，其擺度就有一米左右。在這種情況下，到搖晃得很厲害的塔上去進行高空作業(yè)，是需要膽量和勇氣的。唐孝威帶領測試組的同事們一次次登上塔頂，在原子彈旁邊安裝測試儀器；再在鐵塔附近掩體的工號里安裝測試儀器，然后用一根根電纜將所有儀器連接起來。一旦起爆，在儀器被毀前，一切有價值的數(shù)據(jù)將通過電纜輸送到工號，由接收裝置實時瞬間記錄下來。

在核爆炸實驗中，唐孝威要通過各種核輻射數(shù)據(jù)，對核彈內(nèi)部復雜的核反應過程進行測量和診斷，這是改進原子武器性能所必須的。唐威孝因此被稱為“兩彈診斷的學術帶頭人”。

1964年10月16日，中國第一顆原子彈試爆成功了。

1965年5月30日，唐孝威等一批有功人員在北京人民大會堂，受到周恩來、鄧小平等中央領導的親切接見和宴請。聶榮臻元帥給他們以高度的評價，說：“搞原子彈，沒有核物理學家和技術專家，你開一個軍上去也拿不下來。所以，我們要愛護這些國寶，給他們創(chuàng)造好的條件，讓他們?yōu)樽鎳嘧髫暙I?！?/p>

原子彈試爆成功的全球性影響還沒有散去，唐孝威率領著同事們又投入到突破氫彈技術的實驗中去。當時，他擔任主任的核測試研究室擁有科技人員達百余人。

1966年12月23日，在一次氫彈原理實驗的核爆炸瞬間，唐孝威守在實驗記錄系統(tǒng)旁，當場速報出關鍵性的實驗數(shù)據(jù)，成為現(xiàn)場判斷和證實我國氫彈原理成功的第一人。

在距首次原子彈試爆成功兩年零八個月之后的1967年6月17日，中國以世界上最快的速度，奇跡般地成功試爆了第一顆氫彈，在全世界引起了更大的反響。諾貝爾獎金獲得者丁肇中教授充分肯定了實驗工作的重要性。他說：“在研究中國兩彈史和介紹中國原子彈研制工作成就的同時，應當充分介紹實驗方面的貢獻，因為真正困難的是獨立解決實質(zhì)技術問題。”

第二次“起跑”：揭開膠子之謎

十年浩劫之后，歷經(jīng)磨難的唐孝威接到的第一件任務，就是用核乳膠作為記錄空間輻射的探測器，進行衛(wèi)星載核乳膠的觀測和分析。唐孝威一炮打響，取得了非常喜人的成果。

1977年8月，著名華裔科學家丁肇中教授應中國科學院高能物理所的邀請來華訪問。8月17日，鄧小平會見并宴請了丁教授。席間，鄧小平提請丁肇中幫助中國培訓一百名物理學家。最后雙方達成每年派遣中國科技人員參加西方國家大規(guī)模國際合作實驗的協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議，唐孝威教授帶領中國第一個科學實驗小組，于1978年1月到達德國漢堡同步加速器研究中心，加入丁肇中領導的馬克·杰大型探測器的代號合作實驗組工作。合作實驗組是在當時世界上正運行的能量最大的正負電子對撞機佩特拉上開展實驗的。

來自中國的科學工作者，除了唐孝威曾在莫斯科杜布納聯(lián)合核子研究所工作過之外，其余的人都是從低能物理研究領域轉(zhuǎn)過來的“新兵”，從來沒見過這么先進的實驗設備。加之語言不通，困難重重。為了攻克這些障礙，唐孝威帶領同志們主動找外國同行交談，又將對方的談話錄了音，拿回宿舍再一遍遍地聽、練……不到半年，就過了語言關。唐孝威身先士卒，每天一干就是十幾個小時。沒有午休，沒有星期天?？炭嗟哪挘怪袊茖W家從事高能物理研究的實驗本領迅速提高。

工作伊始，唐孝威發(fā)現(xiàn)已經(jīng)設計好的馬克·杰大型探測器中的一個核心部分——電磁量能器的設計有缺欠，建議重新修改設計。當丁肇中把唐孝威的建議在組里宣布后，引起很大爭論。因為這可能會影響整體速度，何況丁肇中小組已比其他三個小組動手晚了一年的時間。但丁肇中考慮到唐孝威提出的改進意見畢竟太重要了，幾經(jīng)討論，最后，組里一致同意按照唐孝威提出的新設計方案進行研制。

奇跡出現(xiàn)了。新設計的電磁量能器對馬克·杰探測器高水平的物理實驗發(fā)揮了重要作用。通過實驗，他們得到的第一批數(shù)據(jù)就揭開了膠子之謎。全組成員欣喜若狂，來自中國的青年物理學家更是無比興奮。

發(fā)現(xiàn)膠子的消息很快在全世界傳開了。新華社也發(fā)布了重要消息：“丁肇中教授領導的小組在實驗上證實膠子存在，我國唐孝威等20多位科學工作者參加了這項實驗研究工作。這一重要發(fā)現(xiàn)，對于加深人類對物質(zhì)微觀結構的認識具有重大意義?！?/p>

唐孝威的出色表現(xiàn)，博得了組內(nèi)美國、德國、荷蘭等國科學家的一致贊賞。西方國家許以最好的研究條件和生活待遇邀請他去工作，都被他婉言謝絕了。

在與各國同行的合作交往中，不管到哪個國家，唐孝威從不逛商場或游覽名勝古跡。他還把個人節(jié)省下的外匯購買小型儀器和工具，帶回國內(nèi)供實驗室使用。

唐孝威一貫主張立足國內(nèi)進行國際合作實驗。從德國回國后，他立即籌建了十四室，主要承擔與歐洲核子研究中心由丁肇中領導的L3國際實驗組的科技合作任務。這個規(guī)模空前的Ｌ３國際合作組，是迄今世界上最大的高能物理實驗組，由美國、瑞士、中國、法國、德國、意大利、西班牙、荷蘭等14個國家的581位物理學家組成。唐孝威是北京高能物理研究所小組的負責人。當時，有幾個國家包括中國在內(nèi)都在研制強子量能器正比室，它們之間展開了一場比質(zhì)量、比水平的競賽。某些外國同行曾傲慢地認為，中國研制不出來?？墒牵菩⑼退耐聜凖R心協(xié)力，硬是在極困難的條件下，研制出了強子量能器。

而后，由他們研制的強子量能器——北京正比室，源源不斷地運往瑞士，受到歐洲核子研究中心各國科學家的一致好評。不久之后，L3實驗室得到了重要的實驗結果：證實了自然界中只有三種中微子，不存在第四種中微子。為物理學中這個重要問題終于畫上了句號。

1980年，49歲的唐孝威作為杰出的中青年科學家，當選為中國科學院院士，這是中國學術界的最高榮譽。

第三次“起跑”：躋身核醫(yī)學和腦科學的研究

20世紀80年代初的一天，老一輩生物學家貝時璋在中關村遇到唐孝威，語重心長地對他說：“你在物理學領域做了很多工作，這很好，我認為你仍有潛力可以發(fā)揮。你探索了無生命的科學領域后，應該充分利用自己的知識，去探索另一個有生命的科學領域，即生物學領域。這樣，你探索的就是整個自然界了。”這一席話，使唐孝威大受啟發(fā)。

他的研究首先從核技術在醫(yī)學中的應用開始——把核技術應用于醫(yī)學，是使核技術造福于人類，和平利用原子能的一個重要方面。

為了適應從物理科學領域轉(zhuǎn)到生命科學領域進行交叉研究這個大轉(zhuǎn)折，唐孝威擠出時間奔波于許多圖書館查閱最新資料；到研究生院旁聽有關課程；向從事醫(yī)學、心理學、生物學、計算機科學等各方面的專家學者求教，與之討論。

1994年11月，國家科委批準將《核醫(yī)學和放射治療中先進技術的基礎研究》項目列入國家攀登計劃，并聘請?zhí)菩⑼菏繐卧擁椖康氖紫茖W家。

加盟這個研究項目的有中科院高能物理所、上海原子核所、蘭州近代物理所、北京大學、中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院和腫瘤醫(yī)院等許多蜚聲中外的科研單位。它的目標是為診斷和治療威脅人類的癌癥、心腦血管疾病和腦功能疾病作出貢獻。唐孝威主持了項目專家委員會，詳細討論和制定了這個國家攀登計劃項目的總體設計，確定課題設置和研究計劃。

核醫(yī)學和放射治療中有代表性的先進技術，可以衡量一個國家的現(xiàn)代醫(yī)學水平?，F(xiàn)代醫(yī)學中使用的正電子發(fā)射斷層成像儀PET和核磁共振成像儀等先進醫(yī)療設備，都是物理學和計算機科學技術結合的產(chǎn)物。其中PET設備，全世界只有百余臺，唐孝威所在的高能物理研究所在他經(jīng)常給予支持和關心下，研制成功我國第一臺和第二臺PET設備后，很快就在北京中日友好醫(yī)院和北京阜外醫(yī)院安裝投入使用。他還在所里帶領一批研究生，邊干邊學，從無到有，無論是研究PET成像所需要的腦生理模型，研究用PET技術定量測定腦代謝率的方法，開展有關的數(shù)據(jù)分析方法，或是和醫(yī)院合作研究醫(yī)學影像技術，他事必躬親，將全部精力都傾注到了科研工作中。

唐孝威有一句口頭禪：“最重要的是抓緊現(xiàn)在?！苯陙?，他在“了解腦”、“保護腦”和“開發(fā)腦”等學科領域中，組織開展了一系列多學科的學術討論。現(xiàn)已初步形成了以中國科技大學為中心的腦科學研究基地。唐孝威除了擔任腦科學研究中心主任外，還擔任著人類前沿科學計劃基金會國際評委，該組織設在法國和意大利國家生物醫(yī)學基金的國際評委等許多職務。唐孝威滿懷信心地說：“通過腦科學的研究，可以幫助我們發(fā)展新的計算技術，對推動信息科學和信息工程的研究都具有重大意義。人類在21世紀，將對物理世界、生命世界、思維世界取得綜合的、更為深入的認識，中國科技界應當在這個前沿領域作出自己的貢獻。”

早在80年代初，唐孝威曾連續(xù)幾年將自己多次參與國際合作科學研究所得的報酬全部上交給中國科學院。后來，中國科學院不再接收，他就把這些酬金交給了他所在的研究部門使用，迄今還有結余。

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“得到優(yōu)厚天賦的人是很多的，但他們多數(shù)過的是淡泊的、不引人注目的生活。有一點令人感到欣慰：在這個被大家斥為物欲主義的時代，居然還把那些一生目標完全放在知識和道德領域中的人看做英雄，這該是一個可喜的跡象。這證明，大多數(shù)人把知識和正義看得比財產(chǎn)和權力更高?！?/p>

愛因斯坦的話，在唐孝威身上體現(xiàn)得尤為鮮明。在他半個世紀的科研生涯中，對其取得的巨大成就從不炫耀，從不以學者自居。因公外出或開會，有時單位給他派了車，他也不坐，堅持乘坐地鐵或公共汽車。他仍然一如既往地過著“淡泊的、不引人注目的生活”，默默無聞地在科研領域里耕耘和奉獻著。

（《清華校友通訊》復第40期第37～43頁）