第二章 物理学
第八节 低温物理、真空物理与物理学史
一、低温物理 中国科技大学于1963年培养出中国第一批低温物理专业大学毕业生。1975年，中国科技大学恢复低温物理研究工作，建立了全国第一个在液氮温区工作的脉冲磁场，获得40特、32毫秒脉冲时间、20毫米孔径的脉冲磁体。研制出10特的超导磁体，在当时处于国内领先水平。 在极低温领域，1985年中国科技大学建成极低温实验室，氦－ 3致冷机达绝对温标0．3度，稀释致冷机达绝对温标5毫度。在国内首先采用“漏热法”差分比热测试装置，其测量精度比常规方法（绝热法测比热）提高4个量级；制成的交流磁化率装置精度可达到10－6e．m．u．，可从室温工作到绝对温标4．2度；在国内首次建立了微分热电势装置。 二、超导电性研究 〔亚稳中间相变及其超导电性〕 半导体一般是不超导的。中国科技大学张裕恒等在研究中发现：在低温下凝聚的InSb膜是非晶相的，当它向结晶相变时，存在一系列新的亚稳中间相，相应于这些亚稳相的结构是超导的。X光衍射给出了从80K～300K中间的结构，并指出具有最高Tc的结构是六方晶InSb相，它相应于125Kbar下的InSb结构。研究中提出一个类半导体相和亚稳金属相的混合态导电模型，按此模型作了理论计算，理论较好地符合实验测得的电导温度关系，并解释了超导相变的反常。此外，还从实验中测得亚稳金属相InSb膜和非晶体InSb迭层膜的特性，解释了InSb膜亚稳中间Tc。 中国科技大学张裕恒研究了材料在高强（大于20特）下的行为，提出有创见的模型理论，解释了高强下偏离标度解的原因。他还与中国科学院上海冶金研究所合作，完成“掺TiNb3Sn线材”研究。 〔超导薄膜临界场研究〕 张裕恒对超导薄膜临界场的研究，开始于60年代中期，至80年代初，获得一系列重要成果。他弄清了薄膜的临界场Hc与厚度d的关系是Hc∝d－3／2，而不是Hc∝d－1；指出Hc∝d－1的原结论是由于实验处理方法错误而造成的。这一成就，澄清了国际上20年来的争论。 〔超导复合带稳定性的实验研究〕 中国科技大学张其瑞、宋胜年与中国科学院等离子体物理研究所焦正宽等共同完成“气相沉积Nb3Sn超导复合带稳定性的实验和理论研究”。该研究在深入分析影响超导磁体系统稳定性的基础上，在理论上提出二维平板模型，建立新的稳定性判据，预言了失超电流密度的上限，在国际上首次给出使超导带具有最大全电流密度的最佳敷铜厚度的理论公式，改变了过去单凭经验确定的局面。研究中还对三种稳定性理论（低温恒温稳定、动态稳定、绝热稳定）作了统一处理，建立起统一稳定性理论。上述理论都与在CVDNb3Sn带上的实验结果相一致，为更好地设计稳定化的实用磁体指明了方向。 管惟炎（1928～），江苏如东人。1957年莫斯科大学毕业，1960年苏联科学院物理研究所研究生毕业。中国科学院学部委员，曾任中国科技大学校长。60年代初期，在国内首先开始超导材料与超导磁体的研究，发明一种测定强磁场超导材料临界特性的新方法。 三、真空物理与技术 从1958年起，中国科学院安徽分院物理研究所、安徽大学和合肥工业大学等单位，相继开展了中型真空容器的抽气实验基础研究。1964年安徽大学无线电电子学系首次获得2．4×10－7帕的超高真空。80年代，中国科技大学在研制国家同步辐射装置中，有22台溅射离子泵和12台分布式离子泵，可以保证静态真空度为4×10－8帕，动态真空度为4×10－7帕。 中国科学院等离子体物理研究所辜学茂、宁兆元、徐锡林进行了多项研究：真空室中频放电清洗、PVCD非晶态氢化碳膜抑制高功率离子回旋加热时重杂质进入等离子体、制造小磁镜装置两端铝合金真空室、铝合金Tank焊接及制造工艺、铝合金法兰密封等，对于解决HT－ 6M装置中粒子与器壁相互作用、在超高真空系统中采用铝合金材料的研究，取得了良好的进展。 中国科学院固体物理研究所为了模拟宇航条件材料的接触行为，研究了超高真空粘附、摩擦装置，为航天材料设计提供了地面模拟参数，为理论上研究两固体间的成键提供了实验依据。 合肥工业大学陈益林等用流体力学理论解析喷射泵的工作状态和扩散泵返油原因，对提高真空泵的抽气性能、降低扩散泵的返油率，有一定的指导意义。胡焕林等在滑阀真空泵的研究中，给出了相应的计算方法和计算机程序，在某种滑阀真容泵上实施后，使泵的振动有明显下降。 安徽大学孙大明等从理论和实践上探讨了轨旋式钛泵的抽气机理，给出最佳电离抽气条件，在4小时内获得1．6×10－7帕的超高真空。为轨旋式钛泵的使用与推广，为发展轻便的清洁超高真空系统，提供了有用参数。孙大明、陈应山还用迭代法计算了大面积膜厚分布均匀的参数，获得满意的实验结果。 四、物理学史研究 钱临照（1906～），江苏无锡人，民国18年（1929年）毕业于上海大同大学，民国23年留学英国伦敦大学。1950年后历任中国科学院物理研究所研究员、中国科技大学副校长、博士生导师，中国科技史学会理事长，中国科学院学部委员。从事光谱精细结构、压电水晶、流体力学、金属范性学和固体缺陷等研究。早在40年代即以《墨经》研究而知名。70年代领导和组织了《梦溪笔谈评注（自然科学部分）》编撰工作，其中有不少创新见解。 中国科技大学自然科学史研究室在物理学史研究中的主要学术成果有： 〔中国古代刻漏计时技术研究〕 李志超于1979年用实验证明沈括的刻漏“日误差”仅几秒。此后华同旭全面地从理论分析并用实验模拟证明，中国刻漏从东汉的两级浮漏到宋代莲花漏都达到10－3精度。这一成果扭转了国际国内学术界一直认为中国刻漏非常粗陋的状态。 〔方以智的光波动说的发现〕 1985年李志超发现方以智《物理小识》中“论光”的内容是光的波动说，关增建进一步补充发现该书中的光衍射内容。由于方以智的学说比惠更斯的光波动说还早，具有其特色（如认为光不走直线，瞄准测量因而是“测不准”的）。这项发现为世界物理学史增添了重要内容，使对东方科技文化传统的了解有了新的参照。 丁光涛在1985年也独立提出了方以智发现光的衍射现象。 〔与物理学史研究相关的科技考古〕 1985年关增建首先发现，天长汉墓出土的形如虐鬲瓦的青铜器具有热学的特殊功能构造，李志超断定这是一个蒸馏器。此事由上海博物馆馆长马承源为首的小组以该馆所藏的完全同样的传世品（收废铜发现）做了实验认证。这是中国科技史上又一“最早”的实物史料。 〔宇宙学史和物质结构学史〕 80年代中期，李志超、华同旭提出：汉武帝太初改历是一次科学革命，浑天说取代了盖天说，而司马迁是保守的盖天派。李志超、关增建著文论证：《墨经》的“端”不是原子。这两项涉及中国古代物理科学思想史的论点，一反前此流行的相反观点。 此外，安徽师范大学施孟胥、丁光涛对《物理小识》中声学颇有阐发。 “低温、真空物理与物理学史”重要论文简表 表2－2－7  获部、省级以上奖励的物理学科研成果表 表2－2－8       |
