中国科学院一九九六年基础研究成果回顾，本文主要内容关键词为：中国科学院论文,六年论文,研究成果论文,九九论文,基础论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一九九六年是我国“九五”计划取得良好开端的一年，也是我院基础研究取得重大成果的一年。全院评出自然科学奖86项，其中一等奖12项，二等奖35项，三等奖39项，这些成果奖是在150多项申请中，经过专家的严格评审评出的，都具有较大的科学意义和较高的学术水平，尤其是自然科学一等奖，都具有国际领先水平，得到了国际同行的赞赏。下面我们择要回顾一九九六年我院基础科学研究所取得的重要成果。
应用数学所章祥荪研究员和崔晋川副研究员在过去研究“国家经济信息系统项目评估系统”的基础上，进一步从数学模型的角度对实际中提出的问题进行了提炼，提出了一个对非营利性组织进行投资分配的一般性模型，该模型可以看成是著名运筹学家A·Charues等提出基本模型CCR模型的反问题。他们的论文“国家经济信息系统项目评估系统”在1996年7月召开的国际运筹学会联合会第十四届学术会议上获得了本届大会运筹学进展奖一等奖，这是中国运筹学工作者第一次获得一等奖，为我国争得了荣誉。
数学所李树杰研究员和丁彦恒副研究员，在非线性问题中的变分和拓扑方法方面的研究，经过长期不懈的努力，建立“非线性问题中的局部环绕理论”是变分和拓扑方面研究领域的重要进展。近代变分理论最活跃的内容之一是以山路定理为代表的一种新的极大极小方法（简单称A—P理论），A—P理论要假定存在两个整体环绕的集合，使在其上的变分具有值分离性质，这对微分方法问题有较强的整体性限制，为去掉这个整体性限制，李树杰同刘嘉荃合作引进了局部环绕的思想，随后李又将其发展为具有广泛应用的局部环绕理论。李同丁彦恒、瑞典的Szulkin教授、比利时的Willem教授合作，应用这一理论在非线性微分方程中取得了一系列重要成果。近代变分理论的另一重要内容是Morse理论，李树杰与德国的T·Bartsch教授合作，在无穷远处建立了Cromdl-Meyer理论，引进了十分有用的角度条件和符号条件，可以精确计算退化临界点的临界群，它为Morse理论对非线性微分方程的应用找到了新的途径。他们发表的文章受到美、法、德等十多个国家的数学家的注意和引用。
云南天文台谢光中等人在研究中发现90年代初由著名的天体物理学家Urry（美国）、Padovani（意大利）和Stickel（美国）创立的，被学术界广泛承认和引用的“蝎虎BL天体和FRI射电星系的统一模型理论（被称为UPS模型）”是很不完善的。他们认为，蝎虎BL和FRL射电星系的统一模型（UPS模型）应当扩大到FRMMLL（G）射星系，同时指出过去射电星系按光度大小分成FRI和FRII是错误的，应按光谱型来分类，从而自己创立了目前国际上最大的AGN的统一模型，即“蝎虎BL天体+FRL射电星系+FRⅡ（G）射电星系的统一模型”。其论文被德国《天文和天体物理》（A＆A）杂志审稿人认为作者在理论上取得了新的重要发展。论文在A＆A（1993，V.278）发表后产生了重要国际影响。1996年该理论模型被美国天文学家欧文等人的观测结果所验证，这证明谢光中等人提出的理论是正确的，是AGN理论的一个重大突破，它必将代替UPS模型指导未来AGN的观测和理论研究。
超新星是最激烈的、突发性的、最重要的天体物理现象。它不仅是研究恒星演化、元素合成、高能天体物理、爆炸物理等重要天体物理和物理学的研究热点，还是观测宇宙学的重要工具。北京天文台为观测研究超新星所建立的“超新星巡天系统”于1996年11月15日通过专家的验收。这一系列是基于已有的60cm望远镜的技术改造，实现了望远镜和探测系统的计算机控制，配备了高性能CCD相机，巡天软件性能强、运用灵活方便，整个系统自动化程度高，工作稳定，运行可靠，大大提高了观测效率，对所选的2000多个天区的3000多个星系可在一周内完成。该系统发挥了兴隆站整体优势，投入使用一年来，观测发现了六颗超新星，居世界各国前列，在国际上产生了很好的反响。被《科技日报》评列为1996年中国十大科技新闻之一。
力学所国家微重力实验室胡文瑞院士领导的研究组与北大化学系的专家合作，成功地进行了汞液桥的热毛细对流实验，第一次得到低Prandtl数介质（汞的Prandtl数为0.2）的临界Marangoni数不超过800。这是20多年来，科学家第一次从实验上得到了这一数据。这个实验结果不仅验证了目前的几种理论模型的偏差，而且对空间材料加工有重要作用，基于这个实验结果，对1—2英寸的浮区法单晶生长，产生振荡对流所需的温差很低，只有几度。这意味着仅仅是微重力环境也不能保证获得优质单晶，而需采取新的措施抑制对流。这一实验结果对今后空间晶体生长具有指导作用。
物理所王恩哥研究员领导的研究组于1996年10月在自制的射频磁控溅射设备上制备了β－C[，3]N[，4]晶态膜，并观测到含有尺度为20微米以上的单晶，用TEM观测到整齐排列的劳厄斑点，并在国际上首次观测到表征晶体结构完整的菊池线族，这是当前获得的质量最高的β－C[，3]N[，4]超硬单晶材料，这表明我院的超硬材料合成研究已进入了国际先进行列。
物理所解思深研究员领导的“纳米材料与介观物理”研究组创造了一种纳米管列阵制备的新方法，制备出了大面积（3mm×3mm）、高密度、高纯度、管径一致而又离散分布的碳纳米管列阵，管径为20nm，管与管的间距为100nm。其论文投到美国杂志《Science》后，得到了高度评价。一位审稿人认为：提出了一种制备碳纳米管列的新技术，它巧妙地将二氧化硅衬底内的介孔（纳米尺寸的孔）的模板效应与CVD技术结合在一起。它的优越性在于：碳纳米管的孔径基本一致（约20nm），碳纳米管的长度可达90μm呈离散分布而每一单根碳管都呈直线状极少弯曲等。另一审稿人指出这一方法除去了比以往所有制备方法都优越之外，它还可引申出其它的工作如碳纳米管对二氧化硅的纳米复合加强等。国际同行指出这工作的意义在于克服了碳纳米研究和可能应用的主要障碍，有可能将研究水平提高到新的层次。这一制备纳米管列阵的新方法达到了国际领先水平，已在国内申请了发明专利。
声学所声场声信息国家重点实验室的科技人员与美国科技人员合作，在1996年8月21日到9月1日成功地进行了一次远黄海海区的声学与海洋学研究紧密结合的浅海声学综合实验。在实验前用浅地层剖面仪、侧扫声呐与底质取样器对实验海区的底质与地貌进行了测量；在进行声学测量的同时，使用波浪仪连续记录海面波浪参数，在科考船上用温盐深记录仪（CTD）测量水文要素，用声学多普勒流速仪连续观测海流流速与流向，布设了5个温度链来监测浅海内波；还利用欧空局的星载合成孔径雷达进行了海面遥感测量；使用了先进的潜标接收系统和全数字化卫星——浮标接收系统等最先进的实验手段，构成了一个海洋声学与海洋环境从海面、水体到海底的立体观测网，实现了声学与海洋学的同时测量，获得了系统、完整与综合性的实验资料和一些新的实验结果，这对浅海声学研究具有重大意义。
中科院近代物理所郭俊盛副研究员领导的小组，在世界上首次合成并鉴别了新核素镅—235，使我国新核素合成与研究闯入又一个重要核区——超铀缺中子区。镅的同位素链从镅—232到247共16个核素中仍有233、235和236三个未知环节。近20年来世界上一些著名核物理实验室都在努力接续这些环节，但一直未获进展。郭俊盛等的实验是在中科院高能物理所质子直线加速器上，用35兆电子伏质子轰击钚—238靶子完成的。使用氦喷嘴及毛细管传输技术收集反应产物，然后用快速化学分离除去裂变碎片再将镅从剩余产物中分离出来，制成样品，进行测量。通过近百个样品的测量分析，确认合成的是镅—235，并测得其半寿命为（15±5）分钟。这是我国率先在世界上合成镅—235，为核素图上填补了一个空白，这将对镅的同位素链进行系统研究具有重要意义。
中科院代物理所徐树威研究员领导的研究组利用兰州重离子加速器引出170Mev硫—32轰击同位素靶钆—1006，蒸发三个中子产生了钆—135。并借助氦喷嘴快速带传输系统和r（X）－p符合装置鉴别和观测了钆—135的部分衰变性质：包括半衰期（1.1±0.25）秒，延发质子能谱和分支比、以及在质子发射后的子核中的r跃迁等。在世界上首次合成和研究了具有奇异衰变性质的新核素钆—135。钆—135生成的可能性很小，寿命又非常短，是分离鉴别的困难所在。世界上许多著名的核物理实验室的科学家，近20多年来都试图合成和研究质子滴线区的钆—135，至今未获成功。徐树威领导的研究组改进了鉴别方法，即跟踪延发质子发射后的子核中的r跃迁来代替ISOL，由于这种方法相当可靠，灵敏度很高，保证了实验成功。外国审稿人在评审它们的论文时指出：“钆—135是极端缺中子的，产生它的可能性和它的衰变数据给有关远离稳定线核素的研究带来了重要信息”。徐树威等科研人员率先在世界上合成和鉴别质子滴线核区新核素钆—135，为远离稳定线核的研究提供了重要信息和开辟了途径。
上海有机化学所的吴毓林课题组在青蒿素抗疟机理的研究中获得重要的新进展，他们在系统研究的基础上进一步研究了青蒿素—亚铁离子—DNA体系，提出了可以较圆满地解释反应过程的自由基机理。他们假定，红细胞含有丰富的二价铁，但哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，因此不含DNA。青蒿素对正常的红细胞是没有作用的，青蒿素和血红素中的二价铁作用产生自由基，如果红细胞被疟原虫感染，自由基可能作用于疟原虫的DNA，导致DNA链的损伤，从而杀死疟原虫。他们用PUC18DNA、小牛胸腺DNA和大马哈鱼DNA进行验证。凝胶电泳表明，在DNA—二价铁和DNA—青蒿素二元体系中，3种DNA均无变化，但在同样条件下，在青蒿素—二价铁—DNA三元体系中，3种DNA都完全分解成小分子。这说明青蒿素产生的自由基发生了电子转移，使DNA链的某个原为成为自由基，进而引起DNA链的断裂。这项研究结果得到了国外同行的高度评价，认为是“很好的研究，一个有用的贡献”。吴毓林小组的研究工作使青蒿抗疟机理的研究前进了一大步，他们用活性天然产物介入了生命过程的研究，这使我们看到，用化学的原理和技术来探索生命过程将是化学科学在21世纪的重要发展方向。
在世界有机超导科学家探索三维有机导体的热潮中，化学所朱道本研究员领导的研究组，在世界上首次设计合成和培养了（BEDT—TTF）[，4]Cu（C[，2]O[，4]）[，2]晶体，并与日本科学家合作，较系统地研究了它的结构和物理特性，发现给体和受体之间通过它的硫、氧原子存在着很强的相互作用，形成了三维网络结构，从能带理论计算和电、磁性能的测量，都证实了其具有准三维特性。在电导和磁性能的温度关系研究中，观察到260、160和60K有异常转变，260K是金属态—金属态的转变。这些研究结果引起了国内外同行的注意。
感光所赵进才研究员在光催化的研究中，发现用一种新的二氧化钛纳米晶光催化剂，在可见光或太阳光照射下，能迅速分解很高浓度（数千PPM）的染料废水，使之转化为二氧化碳和少量羧酸等小分子有机物，其中90%以上的COD能被除去。他提出其机理是：染料分子被可见光激发后向二氧化钛纳晶的导带注入一个电子，然后经过与氧分子复杂的反应而被降解为二氧化碳。这一发现为我国亟待解决而又十分困难的染料废水处理提供了一个新的可能的技术，其论文在《J.Molecular Cataiysis》发表后受到国外同行的极大关注和良好评价。
中科院国家基因研究中心在洪国藩研究员领导下，经3年多的艰苦奋战，克服了一系列技术上的困难，采用独立制定的高效“指纹－锚标”战略，于1996年6月首先在世界上成功地构建了高分辨率的水稻基因组物理图，这是我国在生命科学领域又取得的一项重大成果。水稻基因组由12条染色体组成，总长度为4.3亿核苷酸；水稻基因组计划包括水稻基因组遗传图、物理图的构建和DNA全顺序的测定三部分内容；物理图具有承上启下的地位，我国构建的水稻基因组物理图的特点是：（1）分辨率（基本尺度）为12万核苷酸。这使得DNA全顺序测定能直接进行，同时简化了获得所需基因的步骤；（2）有565个遗传分子标记，许多标记间的物理距离已测出，大大加快了获得所需基因的速度；（3）有近100个通用的遗传分子标记，已知它们在大麦、小麦、燕麦、玉米、高粱、甘蔗等六种主要作物的基因组中是通用的。这一水稻基因组物理图不仅能为解开水稻的全部遗传信息之谜奠定基础，而且可以通过定位克隆等多种现代技术，为农业遗传育种提供所需的重要基因及有关信息，这将对农业遗传育种产生重大作用。这一重大成果在96年召开的国际水稻分子生物学会议上报告后，引起强烈反响，许多国家的学者主动表示愿与我国科学家进一步开展合作研究。
藻类光合作用的捕光蛋白—藻红蛋白、藻蓝蛋白和变藻蓝等的结构研究，对揭示光能的吸收和传递具有重要意义，是国际上竞相研究的热点课题。在梁栋材、蒋丽金院士的倡导下，中科院将R—藻红蛋白晶体结构研究列入“八五”院重大项目，在梁栋材、常文瑞研究员的领导下，全体参研人员经5年多的奋战，先后突破了晶体培养、重原子衍生物制备、相角计算和电子密度图分析等结构测定难关，于1996年完成2.8A（埃）中分辨率的结构研究，其论文发表在著名刊物《J.Mol.Biol》上。在中分辨率分析基础上，进一步扩展到1.8A（埃）高分辨率，已完成了数据收集，进入研究分析阶段。R—藻红蛋白的分子量26万，是我国开展三维结构研究最大的分子量，比天花粉大约大10倍，在国际上也属大、难结构之列。国际上还没有R—藻红蛋白的报导，德国做了与此不同种属的β—藻红蛋白，并于1995年完成2.3A（埃）分辨率分析后，至今未见有新的进展报导。因此，我国的这项研究已进入国际水平，在国际上占有一席之地。
上海光机所徐至展院士领导的强光光学研究室取得新的重大进展，1996年通过国际合作研究，建成了新一代小型化飞秒（10[－15]秒TW（10[12]瓦）级超短超强激光实验装置。该系统的输出激光脉宽为45飞秒，输出能量大于120mJ，输出功率大于2TW，重复频率每秒10次，光束质量优异（M[2]＜2），系统工作稳定可靠，达到了90年代国际先进水平，标志着我国强光物理的研究进入了一个新的阶段。该室还在X射线波段激光研究上做出了开拓性的工作，首次在国际上用类锂钛离子方案，将复合泵浦X射线激光的波长推进到了46.8A（埃），这是该方案实现的最短波长的X射线激光，已接近具有重大应用价值的“水窗”波段，使我国复合泵浦X射线激光研究处于国际领先地位。由徐至展院士等完成的线聚焦激光与等离子体相互作用研究等一批具有国际首创性成果已被评为1996年十大科技新闻之一。
软件所孙家昶研究员承担的“大规模数值计算的高效并行算法”课题，与其他单位合作，已取得曙光1000的“广义本征分解”、“非线性光学晶体材料LBO的电子结构计算”、“天然DNA片断的电子结构计算”等三项高水平成果。研制成功的“广义本征并行分解软件包PQR”已进入国际平台，与美国先进的T3D机上运行的程序包PJAC相比，速度快5倍，功能更强。1996年8月在国际互联网上正式宣布了该所与物理所联合研制成功的PQR的消息，受到国际同行的广泛重视。国际权威A.Freeman教授评价认为“这是当今世界上有影响的一个特征值进行计算包中最好的一个”。
空间中心刘振兴院士在“太阳风扰动向磁层传输研究”方面取得了重大进展，提出了一种新的“横向剪切流冲击突停触发重联机制”，发现横向剪切流突然停止后，在电流片区发生一系列遵循一定规律演化的重联结构。建立了一个磁层亚暴全球过程的等效电路模型，模拟研究了磁层亚暴和磁层暴对行星际条件影响的全球过程，为磁层亚暴和磁暴预报提供了理论基础。该中心郑红在“广义数字测高仪漂移分析”研究上提出用GDDA对Sondrestrom和Trule的实验分析方法，研究结果在96年8月召开的国际无线电联盟全会上报告后，反应强烈，他因此工作获URSI25届全会青年科学家奖。
以上所提到的20项成果或重大突破是我院在基础研究方面1996年所取得的重要成果的一部分，这是在“八五”项目已经结束，“九五”项目尚未落实，研究经费比较困难的情况下取得的，这表明我院基础研究队伍不愧于国家队的称号。今年是“九五”计划的第二年，是香港回归和党的十五大召开具有重要意义的一年，我们要在基础研究上做出更大的努力，以更丰硕的研究成果庆贺香港的回归和党的十五大的召开。
A Review on the Achievements of Basic Research of the CAS in 1996
Research Professor CHEN Jiaoxiang
Senior Engineer DU Jingying
(Burea of Basic Research,CAS,Beijing 100864)