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【百廿英才】化学家刘元方:创新 勤奋 大视野
日期: 2018-04-23  信息来源: 新闻中心

编者按:鸿儒荟萃,领思想之潮;群英云集,开风气之先。北京大学作为中国的最高学府,120年来聚集了众多的著名学者专家、学术大师,涌现出大批革命家、思想家、理论家、科学家和教育家。这些杰出人物,用自己的智慧和生命谱写了北大发展历史上的光辉篇章,为中华民族的解放和振兴作出了重大贡献。

值此百廿校庆之际,新闻网特推出“百廿英才”专题,通过回顾党委宣传部采写的“蔡元培奖”获奖者专访,和读者一起感受这些杰出人物的学识魅力、人格魅力、精神魅力。

“您最看重学生的哪些素质?”

“第一要勤奋,有创新精神,英语基础较好。”刘元方回答记者。

他如是说,他自己就是这样的。

刘元方,北京大学化学与分子工程学院教授,新中国培养的第一代放射化学家,中国科学院院士,北京大学第三届“蔡元培奖”获得者。

刘元方院士近照

1976年刘元方院士全家福(左一为夫人唐孝炎院士,北京大学环境科学与工程学院教授;儿子左毅,左坚)

我喜欢做一些新的东西

“我研究的方向变化很大,一方面是因为我喜欢做一些新的东西,另一方面是有些东西做到一定程度就很难有做出具有创见性的好成果。”

第一站:高速离心机

铀,众所周知是重要的核能原料。它在天然矿石中以三种同位素共生的方式存在(铀238、铀235和极少量的铀234),其中只有铀235才能用于核裂变反应。但是,在天然铀矿中铀235的浓度极小,只有0.711%。只有当铀235的浓度达到3%时,才可以被用于核电站发电;当浓度达到40%左右就可以被用来制造核武器了。所以,要实现核能的实际利用,必须对天然铀矿进行同位素浓缩,才能达到制备核电站燃料棒和制造核武器的要求。

浓缩铀需要的一种先进方法就是超高速离心法。在1960年,我国在超高速离心机浓缩铀的领域还完全是个空白。他还是勇敢地投入到他很不熟悉的这一领域。他凭借手中有一份德国杂志关于Groth型超高速离心机的草图,与几位高级技工师傅和学生昼夜奋战。用他的话说,两年来吃了很多苦,很少睡觉。最终制成了我国第一台每分钟5万转浓缩铀235的超高速气体离心机。那台离心机运转了165小时,通入六氟化铀气体后,铀235的浓度经质谱仪测定被浓缩到了0.728%。“我们那台机器只是个雏型,0.728%相对于原始浓度0.711%来说已经肯定实现了浓缩。“这个重要突破,促进了我国超高速离心机浓缩铀的事业的开展。为此贡献,在1962年他被共青团中央和中共北京市委授予“全国社会主义建设青年积极分子”光荣称号。

刘元方说:“53年后,我在电视里常看到伊朗正大力建造几万台先进的铀浓缩离心机级联设备,建成后伊朗能生产核武器级的高浓缩铀235,对此美国十分恼火。离心机浓缩铀在国防上极其重要,也十分敏感。”

第二站:快化学

化学元素周期表中,有一些元素是在自然界中不存在的人造元素。人造元素的出现大大丰富了元素周期表。

1949年后,美国化学家西博格等用回旋加速器加速重离子,合成了多个人造重元素。因此他获得了1951年的诺贝尔化学奖。

1980年,西博格所领导的美国劳伦斯贝克莱国家实验室用氧18作炮弹轰击锔248,得到的是包含几十种元素的几百种核素的极复杂混合物体系。从中分离出纯锫是个没解决的化学难题。更困难的是,当时实验的目的是为了寻找可能存在的短寿命锫同位素,化学分离锫的过程就必须控制在较短的时间内完成。

当时在劳伦斯贝克国家实验室作访问学者的他,承担起了这项工作。那时文革结束不到五年,被文革耽误了十年的刘元方在美国刚刚走上学术研究的正轨。

不到一年时间,刘元方建立起了一套快速化学分离程序,用多次不同的有机萃取剂萃取和一步色层分离,总操作时间仅为15分钟。有“新元素之父”美称的美国吉奥索教授很欣赏他的化学工作,有时半夜里站在他旁边观看他的快速操作。这套化学分离程序得到的锫251纯度极高,在此基础他开展了锫251的γ能谱测量工在作,发现了两条新的γ能谱线,重新绘制了锫251的衰变纲图。按照学科分类,这已经超越了化学的范畴,跨入了核物理学的领域。

在放射化学领域,他在国际上享有盛誉,1993年至1995年他被选为国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的放射化学与核技术委员会的主席。在IUPAC的众多的化学委员会中,他是第一位担任主席的中国化学家。

第三站:放射性核素迁移

放射性核素迁移是指在放射性废物处置中,放射性核素由废物向周边地质环境迁移的现象,该领域的研究对于妥善处置放射性核废料具有重大意义。目前国际上只有美国和俄罗斯具有处置大规模核废料的能力。当前,核电在我国能源结构中的地位日益重要。2012年,我国核电在建规模居世界第一,核废料的大规模处理也将提上日程。“我们总不能把大量核废料运到美国或者俄罗斯处理吧。”刘元方说。

在瑞士工作期间,刘元方与好朋友瑞士教授冯冈登合作完成了对碘129(放射性废物的一个重要核素)在地质层中迁移的全面综述和数据汇编评估。回国后,刘元方把他在欧洲关于核废料处理技术的见闻在国内广为介绍。在2006年至2011年期间,他担任我国高水平放射性废物处置专家组的副组长。

第四站 纳米生物学

从2001年起,他又步入纳米科学这一国际新兴领域,与中科院高能物理研究所赵宇亮研究员和上海大学纳米化学与生物学研究所的王海芳、曹傲能教授等合作,做了大量的创新性工作,在这个领域的国际刊物上已经发表了60多篇论文,在国际上得到了很好的声誉。在2012年召开的国际第六届纳米毒理学大会上, 有30多个国家的科学家出席,他担任大会的名誉主席并致开幕词。

刘元方的研究与世界科研的潮流同步,他立足自己放射化学的专长,在重离子核反应、贵金属提炼、生物无机化学、核药物、生物-加速质谱学以及纳米物质的生物效应的各个领域,多有建树。

 

我一辈子就没偷过懒

2004年,刘元方在接受《北京科技报》采访时说:“我没做出什么成就,只是一辈子就没偷过懒。”

2013年,刘元方在接受北大新闻网采访时说:“我选学生,首先是要勤奋,因为勤奋可以增长智慧,勤奋可以创新。”

1951年他是燕京大学的学生会的主席;1952年7月,大学毕业后在新北京大学任教。初出茅庐的刘元方,又是当助教给学生带实验课,又当系秘书肩负系里的行政工作。后来还是北京大学工会党组成员兼组织部部长,给当时的工会主席季羡林先生当助手。

文革开始的时候,刘元方被当成“反动学术权威”。“我当时是副系主任、党支部副书记、副教授,他们叫我‘三副’。”刘元方说。当时被关在北大的“牛棚”里,经常被拉去批斗、“陪斗”“坐飞机”。这样的遭遇约有50次。在这种全国遭殃的时代,很多人受不了侮辱选择自尽,但刘元方的内心是很坚强的,在强大的压力下,他绝不说假话,更不乱揭发别人,这是他做人的原则。今天回顾当年的被迫害的经历,他却淡然地说:“这对我个人的意志是难得的锻炼和考验。”

文革结束后不到四年,刘元方赴美国进修。在美国的实验室里,当样品经过加速器照射后,有时他要连续工作30多小时进行跟踪测量。那时,他把“人生难得一搏”的条幅挂在他的卧室。同行的学者邀请他一起去美国著名的游览胜地尤杉密迪国家森林公园,他婉拒了;一些朋友邀请他到附近的墨西哥旅行,他谢绝了。30年后,他告诉记者:“那里的实验条件很先进,要抓紧时机,做出成绩。”

如前文所述,他设计了一套提纯锫251的快化学流程。他的智慧和勤奋也为美国学者所敬佩。在欢送刘元方回国的宴会上,实验室的同仁送给他一个大蛋糕,上面写着:“刘博士,我们想念你,直到你再次回到这里。”

今年刘元方已经82岁了,许多青年教师和学生向他请教,或者请帮忙给论文把关,他都认认真真地回答,一丝不苟地修改。他说:“这十年来,我帮年轻教授修改和润色文章,花的时间比较多。”

他对记者说:“国外有一句名言,学习时的痛苦是暂时的,未学到的痛苦是终生的。只有比别人更早、更勤奋地努力,才能尝到成功的滋味。”学习时的痛苦是暂时的,未学到的痛苦是终生的。这是哈佛大学图书馆的训言。

 

你可以去西语系读二年级

刘元方的英语很好,这得益于他良好的中学教育。刘元方毕业于著名的美国教会学校苏州桃坞中学。桃坞中学,多数的课程采用英文授课。他是1948年全苏州市高中生英语演讲比赛的冠军,当时的评委是美国和加拿大人。高中毕业后,他来到上海沪江大学学习化学。1949年,上海解放。刘元方和他的朋友希望到北方参加革命工作。由于沪江大学是一所教会大学,出于转学方便的考虑,刘元方选择了燕京大学——同样是一所教会大学。

“转学也是要考试的,要考英语,和现在考托福类似,考卷有几十页。”刘元方说。他很快地答完考卷。教务处的老师看过考卷后十分满意,对他说:“你可以来西语系读二年级。”他说“我是来学化学的,我不学英语”。

在刘元方的科研道路上,熟练的英语对他帮助极大。他还上过俄语速成班,自学过德语,在制造高速离心机时,国内根本就没有这方面的资料。他凭借了一份德文资料完成全部的设计工作。

1975年,周总理接待美国第一个高级科学家访华代表团,成员之一是诺贝尔化学奖获得者——后来刘元方在美国的导师——西博格教授。我国原子能科学事业创始人钱三强教授一时找不到既懂放射化学,又熟练掌握英语的人,能当西博格演讲的翻译。有人推荐了刘元方当了翻译。

尽管学习和研究工作在文革期间荒废了十年,但刘元方的学术根基和英语水平还是得到了西博格的高度赞赏。西博格(Seaborg),这位把自己名字印在化学元素周期表上(Seaborgium,化学元素周期表第106号元素,Sg)的放射化学巨擘对他说:“你学的是放射化学,我能不能请你到我的实验室来工作?”“能!”一次机缘,英语牵线,刘元方前往美国从事放射化学研究,并做出了突出的成绩。

刘元方切身体会到国际化的研究背景对科研的帮助,他非常鼓励学生学好英语,利用机会到国外交换或者参加国际学术会议。我们化学学院也是这样做的。“搞学术研究不能坐井观天,要知道国际上都在做什么。”

1919年1月,蔡元培在《北京大学月刊》发刊词中说:“所谓大学者,非仅为多数学生按时授课,造就一毕业生之资格而已也,实以是为共同研究学术之机关。研究也者,非徒输入欧化,而必于欧化之中为更进之发明;非徒保存国粹,而必以科学方法,揭国粹之真相。”教学与科研兼顾,引进与吸收结合,这是蔡元培的叮嘱。

刘元方执行了蔡元培的嘱托。他也嘱咐年轻的学者在科研上努力创新,在教学中专心育人。“化学学院要求每一位教授都要给本科生上课,这是很好的。教学生一分,自己至少得懂五分,教学和科研能相互促进。老师能教好一门课,是需要化大功夫的。”

“我1952年毕业于燕京大学,就一直在北大工作,从年少的助教到如今白发苍苍的老教授,我见证了北大这六十一年来的风风雨雨、坎坎坷坷的发展历程。期间,我也得到了锻炼、培养和一点成就。今天能获此殊荣(编者注:蔡元培奖),衷心感谢大家对我的鼓励和厚爱。”(本文最初发表于2013年9月20日,作者靳戈

 

编辑:舍予

摄影:靳戈 孙琳琳

责编:山石


   
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