施士元

　　施士元

　　施士元，物理學家、教育家。我國最早從事核物理研究者之一。發現α射線精細結構與γ射線能量嚴格相等的現象。曾發現液態鈉中有晶態原子團存在；證明ＡｕＣｕ３有序無序轉變是成核成長相變過程；用蒸發模型和準自由散射成功地計算３Ｈ（ｎ，２ｎ）和３Ｈｅ（ｎ，２ｎ）截面，還指導用核技術開展對生物分子和高分子的研究工作。長期致力于物理教學工作，培育了大批物理人才。

　　施士元，又名公島，筆名萬乙，１９０８年３月１８日生于上海市崇明縣。其父施禹傳畢業于保定軍官學校，１９１１年辛亥革命時曾參加國民軍攻占南京戰役。施禹傳治家嚴謹，教子有方。施士元幼時曾閱讀“四書”、“五經”、《左傳》等經典著作及《封神榜》、《西游記》等古代小說，遂使他既具有忠孝節義、仁義禮智信的道德規范，又有超越現實世界的思想境界。

　　１９２０年夏，施士元以總分第一的成績畢業于崇明三樂小學，旋即考入上海浦東中學，六年學制，他五年完成。學習期間，凡遇數理化難題，他不是遠而避之，而是鍥而不舍，千方百計地求得其解。對待難題，養成無畏和不屈不撓的精神。六年級時，他與一些同學成立了一個數理化學會，從事解難題工作。對施士元來說，中學的課程已不成問題，目標對準大學一年級數理化教材。在學期間，他曾被選為學生會長，參加過上海發生的“五卅運動”。

　　１９２５年夏，施士元考入清華大學物理系。１９２６年３月１８日，他與全校同學一起反對段祺瑞對日簽訂塘沽協定。當時，在鐵獅子胡同槍林彈雨中，死傷３００余人，施士元幸免于難。１９２７年國共分裂，同學中對時事議論紛紛，施士元很少介入。他認為這些事，他無能為力，悄悄地常去圖書館，鉆進書本里。１９２５—１９２９年四年間，施士元學習認真，獲得了大量的基礎理論知識，為以后開展科學研究奠定了基礎。

　　我國最早從事核譜學研究的學者之一

　　１９２９年夏，施士元考取了江蘇省官費留學法國。從上海到法國馬賽，飄洋過海，歷時３１天。１９２９年冬，他進入巴黎大學鐳研究所，在居里夫人指導下，從事核譜學研究工作。

　　鐳研究所是居里夫人一手創辦起來的，它是當時全世界放射性研究三大中心之一，擁有當時全世界最強最齊全的放射源。有１．５克鐳、很強的釷源、當時全世界獨有的錒系元素等。在加速器技術沒有充分發展之前，天然放射性元素是核物理研究的唯一手段。因此，有些實驗工作其他實驗室不能做的，居里夫人實驗室能做。

　　原子核物理與原子物理的發展相似，也從譜學開始，最早的工作是核譜學，即原子核的α射線譜、β射線譜與γ射線譜的研究與分析。３０年代初，居里夫人實驗室開展對α射線譜精細結構的研究，施士元參加了此項工作。這一工作是在巴黎附近勃爾浮的大電磁鐵上進行的。對γ射線譜的研究，最直接的辦法是用類似晶體衍射譜儀。但是γ射線波長很短，晶體衍射譜儀只能對軟γ射線適用，對一般的γ射線必須用比較間接的內轉換電子能譜類確定γ光子的能量。因此，在３０年代初，人們的注意力放在放射性元素的內轉換電子能譜測定工作上。當時居里夫人給施士元的研究題目就是放射性沉淀物的內轉換電子能譜的測定與分析。施士元對釷Ｂ的β射線譜的文章于１９３２年發表在法國科學院院報上。同年他完成了釷Ｃ十Ｃ′十Ｃ"的β射線的磁譜工作。而在１９３２—１９３３年間，又完成了對錒系元素錒Ｃ十Ｃ′十Ｃ"的β射線磁譜工作。這些工作均寫成論文發表在法國科學院院報上。最后一篇總結性文章則在１９３３年法國物理學年鑒上發表。

　　施士元和居里夫人及其助手一起，發現了α射線精細結構的能量與一些γ射線的能量嚴格相等。這是因為一個母核發射出一個α粒子之后，子核可以處在基態或者處在一個激態。如果子核處在基態，則α粒子能量最大。如果子核處在一個激態，則α粒子能量就要小些。因為一部分能量被用來激發子核。子核激態常以發射γ射線來消退激發。所以，γ射線的能量會嚴格地與α射線精細結構的能量相等。后來施士元經過分析，意識到這種規律的出現是由于子核的激態可能是一種轉動狀態。因為α粒子帶走了角動量，角動量守恒導致原子核的轉動。

　　在１９２９—１９３３年的四年中，施士元專心一意地從事實驗工作。１９３３年春，在巴黎大學獲得博士學位。此后居里夫人曾要求施士元留下繼續在所里工作，并宣稱可以負責他以后的生活費用。施士元因為已收到國內的約請信，故婉言謝絕了居里夫人的好意。

　　１９３３年初夏之際，施士元回國。他為了觀看蘇聯前幾個五年計劃發展重工業的成就，取道德國、波蘭和蘇聯西伯利亞回國，在列寧格勒參觀了冬宮及十月革命起義時的一些古跡，在莫斯科參觀了莫斯科大學及東方大學，還看到附近的集體農莊、幼兒園、面包工廠等。在海參崴施士元搭乘一艘貨輪回到上海。

　　為中央大學、南京大學物理系的發展竭盡全力

　　在上海，正逢中國物理學會召開第二屆年會。施士元在會上作了放射性元素β磁譜的報告，受到與會者的好評，并在會上接到中央大學和浙江大學的聘書。他認為中央大學更需要他，于是應中央大學之聘來到南京，成為中央大學物理系教授兼系主任。當時，他只有２５歲，是全國高等學校中最年輕的一位教授。

　　在１９３３—１９５２年的１９年中，他每學期開２門課，有時開３門課。除無線電課程以外，其余課他都開過。由于當時只有外文參考書，沒有中文教材，因此他在講課過程中，常常自編講義，先后編寫了普通物理學、原子物理學、理論力學、光學等講義。１９５２年院系調整后，他還編寫了Ｘ光結構分析、核理論、粒子物理等教材。為配合教學和科研的需要，他又翻譯了Ｘ光結構學、角動量理論、核理論精選等方面的書。他在教學中對學生負責，教學內容正確無誤，深入淺出，舉一反三，觸類旁通。在他的教誨下，培養了一批物理學人才。他的學生中有的后來成為聞名的科學家，如吳健雄等。

　　施士元在教課之暇堅持進行科學研究工作。在設備條件很差的情況下，于１９３６年用Ｘ光衍射法觀察到鈉在熔點以上處于液態狀態還存在著晶態的衍射花樣，這表示在液態中一個鈉原子周圍的環境還保持局部的晶體環境。

　　１９３７—１９４５年抗日戰爭期間，中央大學西遷重慶，學生基本上照常上課。但因日本侵略軍飛機經常轟炸騷擾，實驗室工作大部分停止，使科學研究工作無法進行。

　　１９４５年８月，美國在日本廣島、長崎投下兩顆原子彈。原子彈的爆炸震驚了全世界，人們自然而然地提出一系列問題：什么是原子彈？為什么原子彈有這樣大的威力？原子彈是怎樣制造的？等等。為了滿足人們的好奇心，施士元根據核物理知識和自己對核裂變現象的了解，作了一系列報告。施士元的報告在中央日報上作為新聞出現。于是政府機關（如資源委員會等）、工礦企業、軍事部門和軍隊紛紛約請他作報告。

　　在５０年代，當蘇聯建成第一個原子能發電站后，施士元做了多次關于和平利用原子能的報告。當蘇聯第一艘原子能破冰船下水啟航時，施士元又做了一系列報告。這些科普宣傳工作使施士元獲得科普積極分子稱號。

　　南京解放前夕，當時的校長、教務長動員他去臺灣。但他卻兀自不動，安如泰山。他意識到在共產黨政權之下，知識分子不會沒事做。

　　１９５２年，中央大學改為南京大學，并成為文理科綜合性大學。仿照莫斯科大學，各系成立專業教研室，采用蘇聯教材。１９５４年，施士元為了配合重工業發展的需要，與一些教師共同創建了金屬物理專業，目的是培養發展重工業所需的金屬物理人才。施士元開出Ｘ光結構分析課，翻譯出版了《倫琴結構分析》（俄譯本）與《Ｘ光結晶學》（英譯本），培養了金屬物理方面的研究生與光譜分析方面的進修教師，發表了ＡｕＣｕ３有序無序轉變動力學等１０余篇文章。

　　施士元為了配合我國發展原子能事業，在校領導支持下，創建了原子核物理專業。第一屆國際和平利用原子能會議在日內瓦結束以后，蘇聯來我國幾個大城市，進行原子能和平利用圖片資料巡回展覽。施士元和南京大學一批師生到上海蘇聯展覽館參觀學習。會上來了十幾位蘇聯專家作學術報告。翻譯人員沒有專業知識，牛頭不對馬嘴，聽者茫茫然。為彌補僵局，施士元作輔導報告，深入淺出，聽眾恍然大悟。出版社得知此訊，索要施士元講稿，成書出版。《核反應堆理論導論》就這樣于１９６０年出版。這是我國當時唯一的反應堆理論書籍。過后多年，這書依舊是從事反應堆設計的學生們的入門教材。

　　１９５８年，核物理專業師生分成加速器、探測器、質譜儀、β譜儀、核電子學等小組，日以繼夜研制教學用的儀器設備。奮戰一年后，核物理實驗室逐一建立起來，自力更生，培養了一批又一批學生，送往祖國邊遠地區原子能事業單位。

　　施士元考慮到核物理是實驗科學也是理論科學，遂在專業內建立一個理論小組，并在教學工作的同時出版了《角動量理論》與《核理論精選》二書。約在１９７５年，核理論小組接受了第二機械工業部下達的核參數理論計算工作的任務。在核武器或反應堆設計過程中，需要大量的核參數，其中最主要的是中子打在一些核素上的散射截面。理論計算工作是使零星分散的實驗數據系統化，填凹補缺，內插外延，以滿足設計工作的需要。核理論小組用共振群方法進行中子對一些輕核的截面計算。計算結果經鑒定后被采用，并得集體獎。施士元用蒸發模型成功地計算在氚及氦上的（ｎ，２ｎ）和（ｎ，３ｎ）截面。當時在極低能量區中，理論與實驗不一致。施士元在１９８３年用準自由散射模型獲得滿意結果，文章在核物理雜志上發表。１９７８年以后，核參數工作發展成為核少體問題理論工作，施士元曾多次主持核少體學術會議。

　　７０年代末，國內在１９５８年建立起來的核物理專業紛紛下馬。為了求生存，施士元和同事們將實驗工作轉向利用放射性同位素作核技術應用方面的工作，在８０年代先后開展了穆斯堡爾譜在生物分子研究方面的工作和用正電子湮沒技術研究高分子材料的工作。在理論工作方面，施士元轉向研究粒子物理最基本的強作用問題。

　　施士元除科研和教學外，積極參加各項社會活動。１９５６年參加中國民主同盟。１９５８年起被選為江蘇省第二、三、五、六屆人民代表大會代表與中國人民政治協商會議第二屆南京市常務委員會委員。曾任中國質譜學會副理事長與質譜雜志主編，江蘇省物理學會理事長，江蘇省科普創作協會理事長，中國核學會、核物理學會、科普協會常務理事。施士元積極參加由中國物理學會組織的物理學名詞規范化的工作，由他參加編寫的《英漢物理學詞匯》，１９７５年由科學出版社出版。從１９８２年起到１９８７年，他又參加編著《漢英物理學詞匯》，于１９９３年由南京大學出版社出版。施士元還愛好油畫，曾臨摹法國、意大利、德國、波蘭古典名畫幾十幅，創作油畫幾百幅，其作品《雁歸來》參加了１９９３年中國油畫展。

　　施士元于１９８７年退休，并成為南京大學物理系名譽主任。