我国核物理学家何泽慧的学术成长历程——纪念何泽慧先生诞辰100周年

汪志荣 彭 洁

（安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽 芜湖 241000）

何泽慧（1914—2011），山西灵石人，出生于江苏苏州.母亲王季山出生于科学世家，其家族极为重视女性教育.父亲何澄也是书香门第出身，曾东渡日本留学.何泽慧早年毕业于清华大学物理系，大学毕业后赴德国柏林高等工业大学学习，获工程博士学位.1943-1948年，她先后在海德堡皇家学院核物理研究所和法兰西学院原子核化学研究室从事原子核物理研究，合作发现了铀裂变的三分裂、四分裂现象，在国际学术界产生了重要的影响.1948年，何泽慧与其丈夫钱三强一起回国工作.她先后任职于北平研究院原子学研究所、中科院近代物理研究所、原子能研究所和高能物理研究所.何泽慧对我国原子能事业的发展做出了极其重要的贡献，并且为国家培养了一大批优秀的原子核物理专业人才，她对于物理学的热爱及其科研精神始终激励着一代代年轻人.

1 早年求学经历

何泽慧从6岁开始进入苏州振华女子学校读书，在该校完成了中小学阶段的学习.振华女校是其外祖母王谢长达创办，何泽慧的姨妈王季玉从美国留学回来后时任校长.学校注重引进西方现代课程，对学生的学习要求高于当时一般的公立学校和教会学校，尤其重视英语和理科教学，数理化均使用英文教材.这种教育为她后来的理科学习打下了坚实的基础.

1932年，何泽慧以优异的成绩考入清华大学物理系.该系成立于1926年，1930年代名师云集.我国近代物理学的奠基人叶企孙担任系主任，吴有训、周培源、萨本栋等一批我国老一辈著名物理学家都在此任教.当时，叶企孙先生认为女生学习物理比较困难，对于考入物理系的女生通常劝其转系.何泽慧据理力争，要求留在物理系就读，用何先生自己的话说，“你越不让我来，我越要来.”［1］因为喜欢物理，随后她不仅凭借顽强的毅力坚持了下来，并最终在这届10名毕业生中以第一名的成绩毕业.这种不畏困难、坚持不懈的精神，也成为她后来从事科学研究的主要特点之一.

图1

在清华大学物理系，周培源先生是何泽慧的力学启蒙教师，对她影响很大.周先生虽然是一位理论物理学家，但他以开阔的胸怀鼓励弟子们要向广阔的实验物理和应用物理方向发展.我国光学奠基人王大珩曾回忆说，“周老师指出，应当把改变我国落后的面貌作为我们的责任，我们要救国有多少事情要做啊！要把眼光放开，不要认为必须紧紧圈在纯粹物理的小范围内.”何泽慧自己也说过：“周先生为了培养学生的物理应用于捍卫祖国的意识，开了“弹道学”这门课程，这使我毕业后到德国柏林高等工业大学从师于弹道学权威Cranz教授，做了有关弹道学的博士论文；”另外，“周老一贯主张理论必须有实验的证明，理论可以指导实验，但做实验的必须有新的发现，不只是要等待理论家来叫你去做什么才去做什么.”［2］

在清华大学，何泽慧的毕业论文选题也是一项有关物理实验的应用性研究——《实验室用电流稳压器》.由于当时没有成品稳压器，也无相关配件，她自己动手制作器材，组装零件，设计电路，最终经过反复实验之后获得了成功.［3］40年代，她转向核物理研究，也正因为当时原子能研究日益显示出巨大的应用前景.

2 留学期间的科学发现

1936年，何泽慧从清华大学毕业.当时我国正遭受日本侵略，同批从清华物理系毕业的学生中，一些男生在教师的推荐下，进入南京军工署弹道研究所工作，但是何泽慧的去向再次由于性别的缘故而受到挫折.这一年，她因受山西省政府的资助，获得了出国留学的机会.随后，何泽慧远赴德国柏林高等工业大学技术物理系学习.该系与德国军工业关系密切，保密程度很高，一般不接受外国学生.为了能够在那里学习弹道专业，何泽慧向当时的系主任克兰茨（C.Cranz）教授提出了申请.克兰茨是德国著名的数学家、物理学家，他是现代弹道学的开创者，曾担任南京军工署顾问.最初，对于这位中国女学生关于在该系军工类专业就读的请求，他并没有答应，随后因被何泽慧的爱国精神所打动，还是破例接收了她.［4］1940年，何泽慧以题为《精确测量子弹飞行速度的新方法》的研究论文，获得该校工程博士学位.

二战爆发后，何泽慧被迫滞留在德国，当时战争并没有影响她继续潜心学习德国先进技术.她曾在柏林西门子公司弱电流实验室研究磁性材料.1943年，经人介绍又进入位于海德堡的威廉皇家学院核物理研究所工作.在这期间，何泽慧跟随博特（W.Bothe）教授开始从事原子核物理的实验研究.博特教授是德国一流的核物理学家，后来因为提出“符合法”及运用该方法做出的科学发现，获得1954年诺贝尔物理学奖.何泽慧在那里主要利用磁云室研究正负电子的碰撞现象.在她之前，人们在研究电子碰撞时没有外加磁场，当电子之间的能量交换A＝时（E-表示反冲电子的能量表示碰撞前正电子的能量），正电子碰撞后的轨迹与反冲电子的轨迹在照片上难以分辨.何泽慧关于电子碰撞的研究是在云室中进行的，由于云室中磁场会使正负电子偏转相异，容易分辨出这两种粒子的运行轨迹.1945年，她在研究锰-52的正电子能谱时，从上千张正负电子碰撞的照片中发现了一种近似于S形状的奇特径迹，并结合理论分析最终弄清了这种径迹的实质是正负电子发生弹性碰撞的过程.［4］此外，她经过对实验数据的分析处理，还得到了关于碰撞数和能量交换的实验曲线，该曲线与印度理论物理学家巴巴（H.J.Bhabha）和瓦尔特·博特（W.Bothe）的理论曲线也较为吻合.［5］1945年9月，英法宇宙线会议在英国布列斯托尔召开，何泽慧的正负电子弹性碰撞照片在这次国际会议上展示之后，他的发现被《Nature》杂志称之为“科学珍闻”.

何泽慧在留学期间的另一项重要发现是关于铀核裂变的三分裂变、四分裂变现象.1946年春天，何泽慧和钱三强在法国结为科学伴侣，当时钱三强在约里奥·居里夫妇的指导下从事核物理研究.婚后，他们开始一起在居里实验室研究重核裂变.同年7月，在剑桥大学举行的国际基本粒子与低温会议上，卡文迪什实验室的两位青年学者——格林（L.L.Green）和李弗（D.L.Livesey）展示了一张利用核乳胶研究原子核裂变的照片.（核乳胶也是一种探测器，与云室类似）这张照片显示了在铀核发生二分裂的位置伴有一根长的径迹，像是α粒子，他们对此并没有解释.当时，出席会议的钱三强注意到了这个问题，回到巴黎之后，他立即与何泽慧以及两位研究生助手开始加以研究.他们利用照相技术，先把含银量特别大的照相板浸泡在硝酸铀溶液中，几分钟后取出，又浸泡到酒精中，接着用气流把照相板吹干，用黑纸包好，然后再将它放在回旋加速器旁接受慢中子的照射，由此得到观察照片.通过观察这些照片，他们发现，铀核裂变的绝大部分径迹都是一条直线，即裂变为两个碎片反向射出，不过有极少数径迹出现了三叉形状［见图3（A）、（B）、（C）、（D）］，随后在对这些现象进行仔细分析之后确定，这是由于铀核裂变成3个带电碎片的结果.［6］1946年12月，他们在法国科学院周刊上公布了这一研究结果和照片，由此证实了铀核三分裂现象的存在.据钱三强后来回忆，“初次试验，他们就观察到了大量的裂变径迹，也在其中找到一些三叉形状的裂变径迹.两个法国青年耐心不够，找到的较少.而何泽慧参加之后，由于她的细致和耐心，孜孜以求，不放过任何一条径迹，结果是她找到的最多”.［4］

图2

图3

铀核四分裂现象是由何泽慧首先发现的.由动量守恒可以证明，同一点的裂变碎片与原子核碰撞两次的可能性不大，所以何泽慧设想，自己发现的四叉形状的裂变径迹即是铀核裂变成4个带电碎片.她还经过计算得出四分裂变的平均动能约为100MeV，这一实验数据与理论预测也符合得较好.何泽慧先后观察到2种四分裂现象：一种是4个碎片都是重粒子（M＞20）［见图3（E）］；另一种则有3个碎片是重粒子，另外1个碎片是轻粒子［见图3（F）］.铀核四分裂现象发生的概率十分小，裂变的频率（即四分裂变数与二分裂变数之比）大约为0.0002±0.00015.［6］据钱三强的秘书葛能全讲述：“一般在300次裂变当中，有可能出现一次三分裂.至于四分裂现象，上万次裂变当中可能出现3例.”［1］1946年12月23日，约里奥·居里先生在法国巴黎召开的一次国际科学会议上报告了铀核四分裂的实验证据，并且称赞，这是“第二次世界大战以后物理学上的一项有意义的工作”.［3］这一成果后来以何泽慧为第一作者发表于法国科学院周刊.

自1938年核裂变现象发现之后，玻尔（Bohr）和惠瑟（Wheeler）曾从动力学的角度推断出三分裂和四分裂现象存在的可能性，但在这之前一直没有被发现.［6］何泽慧与钱三强等人关于铀核裂变的三分裂、四分裂现象的发现，深化了人们对原子核裂变现象的认识.

3 回国后的重要贡献

科学没有国界，但科学家有祖国.1948年5月，何泽慧与钱三强毅然决定回国工作.新中国成立后，他们开始参与筹建近代物理研究所.当时，仪器设备严重缺乏，何泽慧和钱三强夫妇便跑遍大街小巷，寻找器材和元件，并自己动手制作实验仪器.1950年5月19日，新中国第一个核科学研究机构——中国科学院近代物理研究所成立（1958年改为原子能研究所），何泽慧时任乳胶组组长.

核乳胶是研究原子核物理的重要探测器，它具有轻便、灵敏、空间分辨本领强等优点，能将粒子径迹永久保存.何泽慧认为，我国要发展原子能事业，制造原子核乳胶是一项必须开展的工作.当时苏联、英国、美国等国家都已经制成了核乳胶，但制作过程没有发表.所以，她便在近代物理研究所组织人员对核乳胶的制备过程进行研究.他们以乳胶中一定区域内带电粒子的颗粒密度作为灵敏度的指标，开展了一系列的对比研究，1956年即制成了与英国伊尔福C-2水平相当的原子核乳胶核-2和核-3（图4）.［7］尽管如此，何泽慧并没有停下研究核乳胶的脚步.她根据照相乳胶增感理论和苏联科学家的经验，后来成功制出了灵敏度接近于前苏联湼克菲P和英国依尔福G5的乳胶核-4，1958年又通过进一步改进实验，研制出胶灵敏度接近于前苏联镭学研究所研制的Πp型核乳胶核-5，从而超过了英国伊尔福G5水平.［8］何泽慧在1950年代研制出核乳胶，使我国成为当时少数能生产核乳胶的国家.随后，她带领研究人员不断提高核乳胶的灵敏度，研制出具有世界先进水平的核乳胶，为我国核物理、粒子物理和宇宙线方面的研究提供了重要工具，同时也推动了我国医学、生物学等领域的相关应用研究.

图4

1955年，我国决定大力发展原子能事业.当时中央政府与苏联达成了帮助我国发展原子能研究的有关协议，根据协议，苏联将接受我国科研人员赴苏考察实习.同年10月，中国科学院派出“热工实习团”赴苏联科学院热工研究所学习，主要考察重水反应堆与回旋加速器的相关技术.何泽慧参加了这次考察，并负责考察与反应堆和加速器相关的核物理实验.从苏联回国后，何泽慧便开始进行中子物理的研究.在原子核反应堆中，中子源起着决定性的作用.当时，她认识到中子标准的重要性，因此提出要组织专门人员建立中子源强度和中子通量的标准（中子通量是指在单位时间内通过单位面积上的中子数，是衡量反应堆的一个重要指标）.几年后，我国便建立了自己的中子标准.在我国原子弹的研制任务中，由于种种原因，何泽慧并没有进入研究工作的第一线，但她为国家输送了一大批专门人才，并且完成了一项核武器研制所需的数据测量工作.［3］她所开展的中子物理实验研究，为我国核武器的研制做出了重要贡献.

另外，何泽慧以国家需要为己任，还不断探索新的研究方向.1973年，中科院高能物理研究所成立，何泽慧担任研究所副所长.这一时期，她开始开展宇宙线超高能物理和宇宙线高能天体物理的研究.在她的倡导与扶持下，该研究所宇宙线研究室在西藏干巴拉山建成了世界上海拔最高的高山乳胶室，她还领导建立了我国高空气球探测技术、空间硬X射线探测技术以及其他配套技术，并培养了一批高能天体物理研究人才.［3］

4 结语

何泽慧在原子核物理实验研究领域取得了重要学术成就，为我国原子能事业的发展也做出了重要贡献.她始终以求真务实、科学严谨的态度去开展研究工作，并把创新精神放在第一位.即使离开了科研岗位，何泽慧也依然保持着严谨的工作作风.文革期间，她被下放到陕西合阳的“五七干校”敲钟，每次敲钟非常准时，分秒不差，她还自制简单仪器，观测并记录了一颗彗星的运动轨迹.［4］正如其所说，“科学家之所以能在简陋的仪器上，通过常规的工作，发现新奇现象，关键在于目光敏锐以及扎扎实实、一丝不苟的工作态度.立足常规，着眼新奇，在可靠的实验结果基础上，不放过任何一个新奇的现象.”［9］

从清华大学到法兰西学院原子核化学研究室，何泽慧在学术成长的道路上得到了多位著名物理学家的指导和帮助，具备扎实的物理理论知识，同时也形成了很强的实验研究能力；从早年险些被清华物理系劝退到一生投身于物理学研究，她通过艰苦探索，不断创新，不仅在原子核物理领域取得了重要的研究成果，同时也为核物理和高能物理研究在中国扎根发芽做出了重要贡献.何泽慧既继承了其家族男女平等的思想，也具有居里夫人淡泊名利、献身科学的精神，另外作为新中国第一代女性核物理学家，她严谨治学、求实创新的科研作风以及以国家需要为己任的爱国情怀，都给我们留下了深刻的印象，特撰写本文表达对何泽慧先生的崇高敬意.

1 中国的居里夫人——何泽慧［J］.百年潮，2007（7）：5-8.

2 彭恒武，何泽慧，王大珩.缅怀周培源老师［J］.物理，1994（3）：188-190.

3 赵洪明.我国第一代女核物理学家——何泽慧［J］.现代物理知识，2009（6）：47，49，50，51.

4 刘晓.卷舒开合任天真——何泽慧［M］.北京：中国科学技术出版社，2013：5，88，100，185.

5 何泽慧.正电子与电子的弹性在碰撞［A］.戴念祖，主编.20世纪上半叶中国物理学论文集粹［C］.湖南：湖南教育出版社，1993：931.

6 钱三强，何泽慧.铀裂变的新方式：三分裂变和四分裂变［A］.戴念祖，主编.20世纪上半叶中国物理学论文集粹［C］.湖南：湖南教育出版社，1993：897-900，906-910.

7 何泽慧，陆祖荫，孙汉城.研究工作简报 自制原子核乳胶的特性［J］.科学通报，1957（1）：43-45.

8 孙汉城，刘慧长，荷泽慧.研究工作简报 自制以对电子灵敏的原子核乳胶的特性［J］.科学通报，1958（3）：151-153.

9 何泽慧.立足常规，着眼新奇［N］.科学报，1981-06-04.