黄永盛：仰望星空 脚踏实地
2019年到401探望王乃彦院士（左起段晓焦、王乃彦院士、黄永盛）
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，常常被誉为是“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。从1960年世界上第一台激光器的成功研制开始，激光技术迅速风靡全球。与此同时激光技术的每一次提高，都极大地拓展了物理学的研究领域。尤其是在20世纪80年代末，啁啾脉冲放大技术（Chriped Pules Amplification，即CPA）的出现，促使激光光强达到1023W/cm2以上，让超强超短激光的研究迎来了飞速发展，也开创了激光技术发展的新纪元。
“强激光技术与传统加速器的结合，可以获得相对论的粒子束团，以及高亮度的准单能X射线或γ射线。比如强激光驱动的逆康普顿γ光源，它在核天体物理研究、材料诊断、医学成像、粒子物理和核物理等基础研究以及国家安防等领域中都具有广泛的应用前景，例如，我国正在规划的大型环形正负电子对撞机的束流能量以及束流极化的精确测量。”中国科学院高能物理研究所（以下简称“高能所”）研究员、北京试验束装置负责人黄永盛在采访中介绍说。多年以来，他一直致力于强激光驱动产生高性能粒子束、激光核物理以及高亮度γ束产生、γ探测技术以及其应用开拓研究，不断用辛勤和汗水浇灌出科学之花，为中国高能物理领域的发展增添助力。
梦想成为一名科学家
来自山西神池的黄永盛，自幼就有一个梦想——“成为一名科学家”。在梦想的召唤下，他在学业上从未有过懈怠，总是积极抓住每一次机会，一步步地向前迈进，不断攀登着求学高峰。
年少的他很喜欢读书学习，尤其是数学，成绩在班上一直名列前茅。高考时，本想报考数学专业，但由于家里的经济条件有限，懂事的黄永盛便改报了清华大学工程物理系。“当时工程物理系招收定向生，这个专业不仅可以免收学费，还会发一些生活费，对我来讲确实是一个折中的办法。”采访中黄永盛坦言道。
4年中，身处我国一流学府，在老师们悉心的教导下，在同学们奋发读书的氛围中，黄永盛就像海绵一样，努力汲取着知识，完成了复分析、拓扑学、核反应堆物理、核辐射与探测学等专业课的学习。当时为了做好毕业设计，在金兆雄教授的引荐下，黄永盛专程骑着自行车前往北京师范大学核科学与技术研究院请教王乃彦院士，这也是他第一次和王院士见面。
此后，凭借优异的成绩和对科研的执着热爱，黄永盛以清华大学和中国原子能科学研究院联合培养的形式在清华大学工程物理系继续攻读直博，师从王乃彦院士和高喆研究员，正式进入激光加速领域，开始从事超短超强激光加速离子的机制研究。名师出高徒，潜移默化中，王乃彦院士严谨认真的学习态度和工作精神无不影响着黄永盛。而他也没有辜负老师们的精心栽培，相继荣获了“清华大学工程物理系学术新秀”“清华大学研究生学术新秀”“清华大学优秀博士毕业生”“蔡诗东等离子体物理奖”等多项荣誉，为自己的学生时代画上了圆满的句号。
用科研成果反哺社会
罗马不是一天建成的，一个人的成才之路也是如此。只有不断地将理论知识应用与实践，逐步积累经验才能真正成才。2009年，完成博士学习的黄永盛，正式加入有着“中国核工业摇篮”之称的中国原子能科学研究院（以下简称“原子能院”），并担任核技术应用研究所高功率准分子激光实验室助理研究员一职。此后7年中，他一直从事强激光加速离子的机制、强激光高亮度逆康普顿伽玛射线源、强场相对论等离子体中非线性量子电动力学效应等研究，并多次参加或主持国家原“973”项目、国家原“863”项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年基金等项目，积累了丰富的实践经验，也完成了从助理研究员、副研究员到实验室主任助理、实验室副主任的蜕变。
以国家自然基金青年基金项目“超短超强激光与等离子体相互作用加速产生相对论离子的机制研究”为例，在该项目中黄永盛及其团队开展了激光加速相对论离子的深入理论研究工作，建立了适用于研究激光与固体物质相互作用加速离子相对论性的真空等离子体膨胀理论及解析模型，并给出了加速离子能量随激光能量、脉宽等参量的表达式。此后，黄永盛将相关科研成果总结整理，以第一完成人的身份荣获了中国核工业集团公司科学与技术奖三等奖。
2017年7月，黄永盛以研究员引进人才的身份到高能所工作，并担任北京试验束负责人，踏上了新的征程。“在高能所的这几年，我学到了一个大的科研项目应该怎么去规划、组织、领导，以及探测器的设计，这些经验很重要。”黄永盛坦言道。目前，他的主攻方向为高亮度激光康普顿γ光源、CEPC同步辐射光源应用开拓、CEPC束流能量标定以及γγ对撞机总体方案设计。
“光分为可见光和不可见光，通常我们用‘全光谱’的概念来描述所有类型的光，波长从长到短则对应的光的能量也从弱到强。根据波长的长短可分为7大类，其中可见光的波长为400nm～700nm，X光（X射线）的波长为1nm～100nm，而γ光（γ射线）的波长小于1nm，这就意味着γ射线带有高能量，并具有比X射线还要强的穿透能力。”黄永盛详细地解释道。
“光子是不带电的，它更容易到达原子核的最深层次，所以能利用高亮度的γ光源实现对钢材等一些特殊材料内部损伤和裂缝的检测，从而为提高特种材料性能提供宝贵数据。例如飞机的机翼以及发动机叶片，它需要能够承受高空气流的压力，普通钢材则无法满足这个要求。”黄永盛举例解释说。的确，物质的性质由其内部的分子结构决定，只有观测到材料内部的结构才有可能研制出符合实际需要的材料。目前，康普顿γ光的穿透性还被用于海关检测领域进行集装箱无损检测。
与沈文庆院士（右）在2018年第631次香山会议期间合影
此外，北京试验束装置（BEPCII）E2束线的升级改造也是黄永盛的工作重点之一。据介绍，在王乃彦院士和郑志鹏研究员的带领下，黄永盛已完成了激光核物理实验研究平台的建立。该平台基于BEPCII 2.5GeV直线加速器的激光康普顿散射γ光源，光子能量4MeV.110MeV，光通量预计可达到104-5/s。这个高能高亮度准单能γ光源实验平台，未来将有望开展核天体物理以及核嬗变反应方面的研究工作。平台建立期间，黄永盛还完成了激光与束流同步参数的在线测量、探测器的离线标定等重要预备工作，获得了高能LCS-γ信号。“这是由原子能院、高能所、九院一所（即中国工程物理研究院流体物理研究所）等3家20多位专家连续3年协作努力的结果。”黄永盛满怀感激地说道。但令人倍感遗憾的是，由于缺少科研经费，相关研究的后续工作目前并没有能够继续下去。
值得一提的是，在被称为中国“超级对撞机”的环形正负电子对撞机（CEPC）项目中，黄永盛负责其束流能量标定和同步辐射束线应用等关键技术预研工作。据悉，该项目团队计划于2018-2022年间建成一系列关键部件原型机，以验证技术和大规模工业加工的可行性。CEPC预期于“十四五”开始建设，并于2030年前竣工。CEPC未来可能的发展方向之一是升级为一个超级质子对撞机（SppC），质心能量将达到100TeV，可以在大范围内直接寻找新的物理现象和物理规律。
未来大型正负电子对撞机不仅仅可以带我们窥探物质本源，还同时规划了四条极具科学和应用价值的同步辐射光束线站。其特征能量可达到365keV，远远超过目前规划的所有的同步辐射光束线，可快速无损地监测大型钢结构元器件，比如大型发动机叶片。规划中的Wiggle束线能量更是可以达到几十甚至数百MeV，不仅可满足光核物理等基础研究的需求，还可以用来生产医用同位素Mo99，其产能非常可观。
“激光康普顿γ光源相关研究虽是一个学科交叉领域，容易出现新的发现，但它并不是主流的领域，因此获得的经费支持并不充分。希望将来国家能够加大对这一领域科研的资助，我们也将竭尽所能地用科研成果反哺到老百姓的日常生活中去，为民用、社会发展贡献更多的力量。”黄永盛满怀期待地说道。