黃永盛：仰望星空，腳踏實地

2019年到401探望王乃彥院士（左起段曉焦、王乃彥院士、黃永盛）

雷射是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之後，人類的又一重大發明，常常被譽為是「最快的刀」「最準的尺」「最亮的光」。從1960年世界上第一臺雷射器的成功研製開始，雷射技術迅速風靡全球。與此同時雷射技術的每一次提高，都極大地拓展了物理學的研究領域。尤其是在20世紀80年代末，啁啾脈衝放大技術（Chriped Pules Amplification，即CPA）的出現，促使雷射光強達到1023W/cm2以上，讓超強超短雷射的研究迎來了飛速發展，也開創了雷射技術發展的新紀元。

「強雷射技術與傳統加速器的結合，可以獲得相對論的粒子束團，以及高亮度的準單能X射線或γ射線。比如強雷射驅動的逆康普頓γ光源，它在核天體物理研究、材料診斷、醫學成像、粒子物理和核物理等基礎研究以及國家安防等領域中都具有廣泛的應用前景，例如，我國正在規劃的大型環形正負電子對撞機的束流能量以及束流極化的精確測量。」中國科學院高能物理研究所（以下簡稱「高能所」）研究員、北京試驗束裝置負責人黃永盛在採訪中介紹說。多年以來，他一直致力於強雷射驅動產生高性能粒子束、雷射核物理以及高亮度γ束產生、γ探測技術以及其應用開拓研究，不斷用辛勤和汗水澆灌出科學之花，為中國高能物理領域的發展增添助力。

夢想成為一名科學家

來自山西神池的黃永盛，自幼就有一個夢想——「成為一名科學家」。在夢想的召喚下，他在學業上從未有過懈怠，總是積極抓住每一次機會，一步步地向前邁進，不斷攀登著求學高峰。

年少的他很喜歡讀書學習，尤其是數學，成績在班上一直名列前茅。高考時，本想報考數學專業，但由於家裡的經濟條件有限，懂事的黃永盛便改報了清華大學工程物理系。「當時工程物理系招收定向生，這個專業不僅可以免收學費，還會發一些生活費，對我來講確實是一個折中的辦法。」採訪中黃永盛坦言道。

4年中，身處我國一流學府，在老師們悉心的教導下，在同學們奮發讀書的氛圍中，黃永盛就像海綿一樣，努力汲取著知識，完成了複分析、拓撲學、核反應堆物理、核輻射與探測學等專業課的學習。當時為了做好畢業設計，在金兆雄教授的引薦下，黃永盛專程騎著自行車前往北京師範大學核科學與技術研究院請教王乃彥院士，這也是他第一次和王院士見面。

此後，憑藉優異的成績和對科研的執著熱愛，黃永盛以清華大學和中國原子能科學研究院聯合培養的形式在清華大學工程物理系繼續攻讀直博，師從王乃彥院士和高喆研究員，正式進入雷射加速領域，開始從事超短超強雷射加速離子的機制研究。名師出高徒，潛移默化中，王乃彥院士嚴謹認真的學習態度和工作精神無不影響著黃永盛。而他也沒有辜負老師們的精心栽培，相繼榮獲了「清華大學工程物理系學術新秀」「清華大學研究生學術新秀」「清華大學優秀博士畢業生」「蔡詩東等離子體物理獎」等多項榮譽，為自己的學生時代畫上了圓滿的句號。

用科研成果反哺社會

羅馬不是一天建成的，一個人的成才之路也是如此。只有不斷地將理論知識應用與實踐，逐步積累經驗才能真正成才。2009年，完成博士學習的黃永盛，正式加入有著「中國核工業搖籃」之稱的中國原子能科學研究院（以下簡稱「原子能院」），並擔任核技術應用研究所高功率準分子雷射實驗室助理研究員一職。此後7年中，他一直從事強雷射加速離子的機制、強雷射高亮度逆康普頓伽瑪射線源、強場相對論等離子體中非線性量子電動力學效應等研究，並多次參加或主持國家原「973」項目、國家原「863」項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金青年基金等項目，積累了豐富的實踐經驗，也完成了從助理研究員、副研究員到實驗室主任助理、實驗室副主任的蛻變。

以國家自然基金青年基金項目「超短超強雷射與等離子體相互作用加速產生相對論離子的機制研究」為例，在該項目中黃永盛及其團隊開展了雷射加速相對論離子的深入理論研究工作，建立了適用於研究雷射與固體物質相互作用加速離子相對論性的真空等離子體膨脹理論及解析模型，並給出了加速離子能量隨雷射能量、脈寬等參量的表達式。此後，黃永盛將相關科研成果總結整理，以第一完成人的身份榮獲了中國核工業集團公司科學與技術獎三等獎。

2017年7月，黃永盛以研究員引進人才的身份到高能所工作，並擔任北京試驗束負責人，踏上了新的徵程。「在高能所的這幾年，我學到了一個大的科研項目應該怎麼去規劃、組織、領導，以及探測器的設計，這些經驗很重要。」黃永盛坦言道。目前，他的主攻方向為高亮度雷射康普頓γ光源、CEPC同步輻射光源應用開拓、CEPC束流能量標定以及γγ對撞機總體方案設計。

「光分為可見光和不可見光，通常我們用『全光譜』的概念來描述所有類型的光，波長從長到短則對應的光的能量也從弱到強。根據波長的長短可分為7大類，其中可見光的波長為400nm～700nm，X光（X射線）的波長為1nm～100nm，而γ光（γ射線）的波長小於1nm，這就意味著γ射線帶有高能量，並具有比X射線還要強的穿透能力。」黃永盛詳細地解釋道。

「光子是不帶電的，它更容易到達原子核的最深層次，所以能利用高亮度的γ光源實現對鋼材等一些特殊材料內部損傷和裂縫的檢測，從而為提高特種材料性能提供寶貴數據。例如飛機的機翼以及發動機葉片，它需要能夠承受高空氣流的壓力，普通鋼材則無法滿足這個要求。」黃永盛舉例解釋說。的確，物質的性質由其內部的分子結構決定，只有觀測到材料內部的結構才有可能研製出符合實際需要的材料。目前，康普頓γ光的穿透性還被用於海關檢測領域進行貨櫃無損檢測。

與沈文慶院士（右）在2018年第631次香山會議期間合影

此外，北京試驗束裝置（BEPCII）E2束線的升級改造也是黃永盛的工作重點之一。據介紹，在王乃彥院士和鄭志鵬研究員的帶領下，黃永盛已完成了雷射核物理實驗研究平臺的建立。該平臺基於BEPCII 2.5GeV直線加速器的雷射康普頓散射γ光源，光子能量4MeV.110MeV，光通量預計可達到104-5/s。這個高能高亮度準單能γ光源實驗平臺，未來將有望開展核天體物理以及核嬗變反應方面的研究工作。平臺建立期間，黃永盛還完成了雷射與束流同步參數的在線測量、探測器的離線標定等重要預備工作，獲得了高能LCS-γ信號。「這是由原子能院、高能所、九院一所（即中國工程物理研究院流體物理研究所）等3家20多位專家連續3年協作努力的結果。」黃永盛滿懷感激地說道。但令人倍感遺憾的是，由於缺少科研經費，相關研究的後續工作目前並沒有能夠繼續下去。

值得一提的是，在被稱為中國「超級對撞機」的環形正負電子對撞機（CEPC）項目中，黃永盛負責其束流能量標定和同步輻射束線應用等關鍵技術預研工作。據悉，該項目團隊計劃於2018-2022年間建成一系列關鍵部件原型機，以驗證技術和大規模工業加工的可行性。CEPC預期於「十四五」開始建設，並於2030年前竣工。CEPC未來可能的發展方向之一是升級為一個超級質子對撞機（SppC），質心能量將達到100TeV，可以在大範圍內直接尋找新的物理現象和物理規律。

未來大型正負電子對撞機不僅僅可以帶我們窺探物質本源，還同時規劃了四條極具科學和應用價值的同步輻射光束線站。其特徵能量可達到365keV，遠遠超過目前規劃的所有的同步輻射光束線，可快速無損地監測大型鋼結構元器件，比如大型發動機葉片。規劃中的Wiggle束線能量更是可以達到幾十甚至數百MeV，不僅可滿足光核物理等基礎研究的需求，還可以用來生產醫用同位素Mo99，其產能非常可觀。

「雷射康普頓γ光源相關研究雖是一個學科交叉領域，容易出現新的發現，但它並不是主流的領域，因此獲得的經費支持並不充分。希望將來國家能夠加大對這一領域科研的資助，我們也將竭盡所能地用科研成果反哺到老百姓的日常生活中去，為民用、社會發展貢獻更多的力量。」黃永盛滿懷期待地說道。