施士元

　　施士元

　　施士元，物理学家、教育家。我国最早从事核物理研究者之一。发现α射线精细结构与γ射线能量严格相等的现象。曾发现液态钠中有晶态原子团存在；证明ＡｕＣｕ３有序无序转变是成核成长相变过程；用蒸发模型和准自由散射成功地计算３Ｈ（ｎ，２ｎ）和３Ｈｅ（ｎ，２ｎ）截面，还指导用核技术开展对生物分子和高分子的研究工作。长期致力于物理教学工作，培育了大批物理人才。

　　施士元，又名公岛，笔名万乙，１９０８年３月１８日生于上海市崇明县。其父施禹传毕业于保定军官学校，１９１１年辛亥革命时曾参加国民军攻占南京战役。施禹传治家严谨，教子有方。施士元幼时曾阅读“四书”、“五经”、《左传》等经典著作及《封神榜》、《西游记》等古代小说，遂使他既具有忠孝节义、仁义礼智信的道德规范，又有超越现实世界的思想境界。

　　１９２０年夏，施士元以总分第一的成绩毕业于崇明三乐小学，旋即考入上海浦东中学，六年学制，他五年完成。学习期间，凡遇数理化难题，他不是远而避之，而是锲而不舍，千方百计地求得其解。对待难题，养成无畏和不屈不挠的精神。六年级时，他与一些同学成立了一个数理化学会，从事解难题工作。对施士元来说，中学的课程已不成问题，目标对准大学一年级数理化教材。在学期间，他曾被选为学生会长，参加过上海发生的“五卅运动”。

　　１９２５年夏，施士元考入清华大学物理系。１９２６年３月１８日，他与全校同学一起反对段祺瑞对日签订塘沽协定。当时，在铁狮子胡同枪林弹雨中，死伤３００余人，施士元幸免于难。１９２７年国共分裂，同学中对时事议论纷纷，施士元很少介入。他认为这些事，他无能为力，悄悄地常去图书馆，钻进书本里。１９２５—１９２９年四年间，施士元学习认真，获得了大量的基础理论知识，为以后开展科学研究奠定了基础。

　　我国最早从事核谱学研究的学者之一

　　１９２９年夏，施士元考取了江苏省官费留学法国。从上海到法国马赛，飘洋过海，历时３１天。１９２９年冬，他进入巴黎大学镭研究所，在居里夫人指导下，从事核谱学研究工作。

　　镭研究所是居里夫人一手创办起来的，它是当时全世界放射性研究三大中心之一，拥有当时全世界最强最齐全的放射源。有１．５克镭、很强的钍源、当时全世界独有的锕系元素等。在加速器技术没有充分发展之前，天然放射性元素是核物理研究的唯一手段。因此，有些实验工作其他实验室不能做的，居里夫人实验室能做。

　　原子核物理与原子物理的发展相似，也从谱学开始，最早的工作是核谱学，即原子核的α射线谱、β射线谱与γ射线谱的研究与分析。３０年代初，居里夫人实验室开展对α射线谱精细结构的研究，施士元参加了此项工作。这一工作是在巴黎附近勃尔浮的大电磁铁上进行的。对γ射线谱的研究，最直接的办法是用类似晶体衍射谱仪。但是γ射线波长很短，晶体衍射谱仪只能对软γ射线适用，对一般的γ射线必须用比较间接的内转换电子能谱类确定γ光子的能量。因此，在３０年代初，人们的注意力放在放射性元素的内转换电子能谱测定工作上。当时居里夫人给施士元的研究题目就是放射性沉淀物的内转换电子能谱的测定与分析。施士元对钍Ｂ的β射线谱的文章于１９３２年发表在法国科学院院报上。同年他完成了钍Ｃ十Ｃ′十Ｃ"的β射线的磁谱工作。而在１９３２—１９３３年间，又完成了对锕系元素锕Ｃ十Ｃ′十Ｃ"的β射线磁谱工作。这些工作均写成论文发表在法国科学院院报上。最后一篇总结性文章则在１９３３年法国物理学年鉴上发表。

　　施士元和居里夫人及其助手一起，发现了α射线精细结构的能量与一些γ射线的能量严格相等。这是因为一个母核发射出一个α粒子之后，子核可以处在基态或者处在一个激态。如果子核处在基态，则α粒子能量最大。如果子核处在一个激态，则α粒子能量就要小些。因为一部分能量被用来激发子核。子核激态常以发射γ射线来消退激发。所以，γ射线的能量会严格地与α射线精细结构的能量相等。后来施士元经过分析，意识到这种规律的出现是由于子核的激态可能是一种转动状态。因为α粒子带走了角动量，角动量守恒导致原子核的转动。

　　在１９２９—１９３３年的四年中，施士元专心一意地从事实验工作。１９３３年春，在巴黎大学获得博士学位。此后居里夫人曾要求施士元留下继续在所里工作，并宣称可以负责他以后的生活费用。施士元因为已收到国内的约请信，故婉言谢绝了居里夫人的好意。

　　１９３３年初夏之际，施士元回国。他为了观看苏联前几个五年计划发展重工业的成就，取道德国、波兰和苏联西伯利亚回国，在列宁格勒参观了冬宫及十月革命起义时的一些古迹，在莫斯科参观了莫斯科大学及东方大学，还看到附近的集体农庄、幼儿园、面包工厂等。在海参崴施士元搭乘一艘货轮回到上海。

　　为中央大学、南京大学物理系的发展竭尽全力

　　在上海，正逢中国物理学会召开第二届年会。施士元在会上作了放射性元素β磁谱的报告，受到与会者的好评，并在会上接到中央大学和浙江大学的聘书。他认为中央大学更需要他，于是应中央大学之聘来到南京，成为中央大学物理系教授兼系主任。当时，他只有２５岁，是全国高等学校中最年轻的一位教授。

　　在１９３３—１９５２年的１９年中，他每学期开２门课，有时开３门课。除无线电课程以外，其余课他都开过。由于当时只有外文参考书，没有中文教材，因此他在讲课过程中，常常自编讲义，先后编写了普通物理学、原子物理学、理论力学、光学等讲义。１９５２年院系调整后，他还编写了Ｘ光结构分析、核理论、粒子物理等教材。为配合教学和科研的需要，他又翻译了Ｘ光结构学、角动量理论、核理论精选等方面的书。他在教学中对学生负责，教学内容正确无误，深入浅出，举一反三，触类旁通。在他的教诲下，培养了一批物理学人才。他的学生中有的后来成为闻名的科学家，如吴健雄等。

　　施士元在教课之暇坚持进行科学研究工作。在设备条件很差的情况下，于１９３６年用Ｘ光衍射法观察到钠在熔点以上处于液态状态还存在着晶态的衍射花样，这表示在液态中一个钠原子周围的环境还保持局部的晶体环境。

　　１９３７—１９４５年抗日战争期间，中央大学西迁重庆，学生基本上照常上课。但因日本侵略军飞机经常轰炸骚扰，实验室工作大部分停止，使科学研究工作无法进行。

　　１９４５年８月，美国在日本广岛、长崎投下两颗原子弹。原子弹的爆炸震惊了全世界，人们自然而然地提出一系列问题：什么是原子弹？为什么原子弹有这样大的威力？原子弹是怎样制造的？等等。为了满足人们的好奇心，施士元根据核物理知识和自己对核裂变现象的了解，作了一系列报告。施士元的报告在中央日报上作为新闻出现。于是政府机关（如资源委员会等）、工矿企业、军事部门和军队纷纷约请他作报告。

　　在５０年代，当苏联建成第一个原子能发电站后，施士元做了多次关于和平利用原子能的报告。当苏联第一艘原子能破冰船下水启航时，施士元又做了一系列报告。这些科普宣传工作使施士元获得科普积极分子称号。

　　南京解放前夕，当时的校长、教务长动员他去台湾。但他却兀自不动，安如泰山。他意识到在共产党政权之下，知识分子不会没事做。

　　１９５２年，中央大学改为南京大学，并成为文理科综合性大学。仿照莫斯科大学，各系成立专业教研室，采用苏联教材。１９５４年，施士元为了配合重工业发展的需要，与一些教师共同创建了金属物理专业，目的是培养发展重工业所需的金属物理人才。施士元开出Ｘ光结构分析课，翻译出版了《伦琴结构分析》（俄译本）与《Ｘ光结晶学》（英译本），培养了金属物理方面的研究生与光谱分析方面的进修教师，发表了ＡｕＣｕ３有序无序转变动力学等１０余篇文章。

　　施士元为了配合我国发展原子能事业，在校领导支持下，创建了原子核物理专业。第一届国际和平利用原子能会议在日内瓦结束以后，苏联来我国几个大城市，进行原子能和平利用图片资料巡回展览。施士元和南京大学一批师生到上海苏联展览馆参观学习。会上来了十几位苏联专家作学术报告。翻译人员没有专业知识，牛头不对马嘴，听者茫茫然。为弥补僵局，施士元作辅导报告，深入浅出，听众恍然大悟。出版社得知此讯，索要施士元讲稿，成书出版。《核反应堆理论导论》就这样于１９６０年出版。这是我国当时唯一的反应堆理论书籍。过后多年，这书依旧是从事反应堆设计的学生们的入门教材。

　　１９５８年，核物理专业师生分成加速器、探测器、质谱仪、β谱仪、核电子学等小组，日以继夜研制教学用的仪器设备。奋战一年后，核物理实验室逐一建立起来，自力更生，培养了一批又一批学生，送往祖国边远地区原子能事业单位。

　　施士元考虑到核物理是实验科学也是理论科学，遂在专业内建立一个理论小组，并在教学工作的同时出版了《角动量理论》与《核理论精选》二书。约在１９７５年，核理论小组接受了第二机械工业部下达的核参数理论计算工作的任务。在核武器或反应堆设计过程中，需要大量的核参数，其中最主要的是中子打在一些核素上的散射截面。理论计算工作是使零星分散的实验数据系统化，填凹补缺，内插外延，以满足设计工作的需要。核理论小组用共振群方法进行中子对一些轻核的截面计算。计算结果经鉴定后被采用，并得集体奖。施士元用蒸发模型成功地计算在氚及氦上的（ｎ，２ｎ）和（ｎ，３ｎ）截面。当时在极低能量区中，理论与实验不一致。施士元在１９８３年用准自由散射模型获得满意结果，文章在核物理杂志上发表。１９７８年以后，核参数工作发展成为核少体问题理论工作，施士元曾多次主持核少体学术会议。

　　７０年代末，国内在１９５８年建立起来的核物理专业纷纷下马。为了求生存，施士元和同事们将实验工作转向利用放射性同位素作核技术应用方面的工作，在８０年代先后开展了穆斯堡尔谱在生物分子研究方面的工作和用正电子湮没技术研究高分子材料的工作。在理论工作方面，施士元转向研究粒子物理最基本的强作用问题。

　　施士元除科研和教学外，积极参加各项社会活动。１９５６年参加中国民主同盟。１９５８年起被选为江苏省第二、三、五、六届人民代表大会代表与中国人民政治协商会议第二届南京市常务委员会委员。曾任中国质谱学会副理事长与质谱杂志主编，江苏省物理学会理事长，江苏省科普创作协会理事长，中国核学会、核物理学会、科普协会常务理事。施士元积极参加由中国物理学会组织的物理学名词规范化的工作，由他参加编写的《英汉物理学词汇》，１９７５年由科学出版社出版。从１９８２年起到１９８７年，他又参加编著《汉英物理学词汇》，于１９９３年由南京大学出版社出版。施士元还爱好油画，曾临摹法国、意大利、德国、波兰古典名画几十幅，创作油画几百幅，其作品《雁归来》参加了１９９３年中国油画展。

　　施士元于１９８７年退休，并成为南京大学物理系名誉主任。