核物理基地学生圆满完成第8届Nishina School暑期交流项目

2015年8月8日,在圆满完成为期两周的仁科学校(Nishina School)暑期交流项目后,物理学院核物理基地的五名同学——高见、江燕、刘威、徐智怡、余翰舟在指导老师张双全的带领下,从日本东京顺利返回北京大学。
仁科学校依托于日本理化学研究所(RIKEN)的仁科中心(RIKEN Nishina Center, RNC)。RIKEN创立于1917年,本部位于东京附近的小城和光市。RIKEN是日本最大的综合性研究所,其研究领域包括物理、化学、生物、工学、医学、材料和信息科学等,从基础研究到应用开发,范围十分广泛。一些重要的科学概念和现象曾在这里首次被提出或发现,如第113号元素的发现等。
RNC是RIKEN在和光市本部的下属研究机构之一,拥有世界一流的核物理科研仪器和环境。仁科学校是2008年由RNC和北大核物理基地首先合作创办的学术交流项目,随后从2013年开始,韩国首尔国立大学也加入了该项目。仁科学校以即将毕业的本科生为培养对象,激发他们对核物理科学的兴趣,并注重学生对基本知识的学习和实验技能的掌握。

开幕式合影

此次仁科学校共历时两周,主要活动在日本理化研究所RIBF楼内展开。活动首日上午,在日方负责人岸田(Kishida)博士的主持下,来自中国北京大学,韩国首尔国立大学和美国菲利普斯·埃克塞特学院的师生参加了开营仪式。北京大学的张双全老师讲述了北大百年历史变革,并着重介绍了北大核物理以及相关方向的学科建设、科研进展及历史成就。来自韩国的Choi教授介绍了首尔国立大学核物理学科的建设情况。之后日方代表RNC主任延與(Enyo)博士及RIKEN执行理事羽入(Hanyu)女士分别介绍了RNC和RIKEN的建立发展历程、工作内容、人员状况、科研设备及成果等。

当日下午,櫻井(Sakurai)教授介绍了日本理化学研究所放射性束流装置的基本概况以及RIKEN在放射性核束物理方面取得的重要成就。随后,在仁科学校负责人岸田博士等的带领下,学员们参观了位于地下的放射性束流装置。该放射性束流装置使用变频重离子直线加速器作为离子源,离子在经过包括世界上最大的超导环形加速器SRC在内的5个环形加速器加速后,经由超导直线同位素分离器,产生高能放射性离子束。该仪器是世界上规模最大,能量最高的环形离子加速器之一。

活动第一周,来自研究所内的十位学者以讲座和实验形式进行基础知识的课堂传授。讲座内容涵盖了基础核物理与粒子物理、物质相互作用、探测器原理、加速器原理、核天体物理、辐射防护与安全教育等。实验内容则包括示波器,同轴电缆及甄别器等基本实验电子设备的原理及使用。在讲座和实验中包括了很多问答环节,学员可以随时提出问题,而老师耐心地进行回答。在互动中师生间增进了了解,学员也对基础知识和将要进行的实验内容有了进一步掌握。

活动第二周,学员分成三组进行颇具趣味性和挑战性的科学实验。

第一组的实验内容是制作离子阱。离子阱是一种利用电磁场将带电粒子俘获和囚禁在一定空间范围内,并能长时间维持的装置。学员们在和田(Wada)教授的指导下亲自动手,利用现有材料搭建并测试了铝粉离子阱(利用电场囚禁铝粉末)。小组成员分别设计了不同几何形状,不同工作特征的三种不同的离子阱,成功实现了对带电铝粉颗粒的囚禁。

第二组的实验内容是质量分离与探测。由于不同同位素间的质荷比不同,在磁场中不同的同位素将具有不同的偏转轨道,利用轨道间差异就可以实现同位素分离。小组成员在若杉(Wakasugi)教授指导下,利用研究所内的离子源和同位素分离器,通过电镜进行聚焦,成功分离出了氙的9种稳定同位素,测得了质量分布曲线,并从样品中检定出了氪、氮、氧等元素的同位素。

参观实验室

同学们在实验中

第三组的实验内容是两种X射线探测器的使用。射线在穿过探测器时会与物质发生相互作用,产生电子离子对或电子空穴对,进而转换为可测量的电信号,以此可以测定射线的能谱等属性。小组成员在玉川(Tamagawa)博士指导下,分别了解了气体探测器和Si探测器的工作原理,用它们探测了55Fe的能谱,并利用Si探测器测定了两种未知源的能谱,最后根据测量的能谱峰及现有衰变资料,成功鉴定出这两种未知源中的放射核素。

在活动最后一天,在延與和岸田博士的主持下,三个小组分别进行了总结报告,每个小组就本组实验内容进行展示,报告实验原理、实验过程和实验结果,并进行答辩。在各小组报告完成后,主办方代表为每位学员颁发了结业证书,并宣布此次仁科学校暑期交流项目圆满结束。

汇报成果,收获希望

在第一周五天的课程中,同学们回顾了核物理的基本知识,接触了很多新知识和实验方法,对一些问题有了新的了解,为之后的实验打下了理论基础。在第二周前三天的实验中,同学们运用已经学到的知识,在老师的讲解和带领下进行实验,在思考与讨论中发现并解决遇到的问题。最后每一组的每一个同学都精心准备,在报告中针对实验的不同部分进行了介绍。

通过这次的交流,同学们收获了很多,不仅学到了知识,还熟悉了科学研究的一些方法,也对演讲和报告有了新的认识和体验。这些经验必定会在同学们今后的学习与研究中发挥积极作用。

衷心祝愿北京大学核物理基地和理化学研究所在更加深入的合作中取得更多更好的成果。

访问团队合影

同学们对此次仁科学校的感言:
高见(GAO, Jian):I learned a lot from the impressive courses and exciting experiments.
江燕(JIANG, Yan):I have got a new skill that I can identify a radioactive isotope through its X-ray and gamma spectroscopy.
刘威(LIU, Wei):The more you ask, the more you will learn.
徐智怡(XU, Zhiyi):International Cooperation is the key to contemporary research success.
余翰舟(YU, Hanzhou):