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余瑞璜

余瑞璜,物理学家,江西宜黄人。著名X光晶体学家、金属物理学家。南京大学物理系杰出校友。1930年1月毕业于中央大学(49年更名南京大学)理学院物理系,1937年获英国曼彻斯特大学理学博士学位,吉林大学教授。30年代研制出中国第一台盖革计数器。1942年创立X射线晶体结构分析新综合法,被国际晶体学界誉为国际上第一流晶体学家。40年代研制出中国第一台抽气式X光机,1950年研制出中国第一支医用封闭式X光管,70年代在固体与分子经验电子理论研究方面获重要成果,1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)

1906年4月3日生 于江西省宜黄县。

19251929年 国立东南大学(后更名中央大学、49年定名南京大学 [1] )物理系学习、毕业,获学士学位。

19301935年 任清华大学物理系助教。

19351939年 英国留学。1937年获曼彻斯特大学博士学位。

19391946年 任昆明清华大学金属研究所副教授、教授。

19461948年 任北京清华大学物理系教授,兼任北京大学地质系教授。

19481949年 在美国加州理工学院做交流教授。

19491952年 任清华大学物理系教授,兼北京师范大学教授。

1952年 以后任吉林大学物理系教授。1955年被选为中国科学院数理化学部委员(院士)。

余瑞璜(1906.4.3 - 1997.5.19),江西宜黄二都人。著名物理学家、凝聚态物理学家、国际一流的结晶学家,吉林大学物理系创始人。中国科学院数学物理学部委员,民盟中央委员,吉林省人大常委会副主任。清光绪三十二年三月初十日,余瑞璜出生在江西省宜黄县的一个农民家庭。1岁时,父亲病故。母亲承担了全家生活和教养子女的重担,同时也是余瑞璜的启蒙老师。从余瑞璜四、五岁时开始,母亲教他背诵古诗,给他讲述历史故事,教育他求知和爱国。在小学里,数学老师给他打下了良好的数学基础和钻研精神,为他以后从事科学事业垫下了第一块基石。

余瑞璜1918年考入江西省立第三师范学校,1925年又考入国立东南大学(后更名为中央大学、49年更名南京大学 [1] )物理系。原来一直名列前茅的余瑞璜一下变为成绩平平的普通生,但他不甘居中游,采取“笨鸟先飞”的办法,利用一个暑假“加油”,终于在1929年以优异成绩毕业,获学士学位。1930年余瑞璜被清华大学聘为物理系助教。他早在中学时代就偏爱物理学,从1930年初起,他在吴有训指导下从事教学、科研工作,开始了X射线物理学的研究。他先是自制了一台名叫康普顿二象小静电仪的仪器,其灵敏度很高。接着又制作了中国第一台盖革(Geiger)计数器,当时国际上也只有德国制成不久。新仪器制成后,他立即把它用于近代物理实验教学和科研工作中。他用这套仪器测量宇宙线的强度,以检查计数器的可靠性。当时他还不了解宇宙线的簇射分布规律,误以为宇宙线强度是一个定值,但是计数器给出的计数表明,它是随时间变化的。这使他怀疑自己的仪器不好,于是反复修改,半年后仍无任何进展。经过反复思考,他开始怀疑是否宇宙线本身的散射强度不是一个恒定值。因此改用1/4毫克的镭作源,把一块块铅片盖在上面,测量不同强度的镭的γ射线。结果发现,盖革计数器的测量是可靠的。这件事使他认识到自然界的复杂性,只有通过踏踏实实的实验才能更好地认识和理解自然。此后,他又进行了氩的X射线吸收和散射的科学研究。这项研究的结果以《关于氩的X光的吸收和散射简报》为题在1932年发表,这是他发表的第一篇科学论文。这一成果后被A.H.康普顿(Compton)在《X光的理论与实验》一书中引用,以说明X光的散射系数不同于经典散射系数。

1934年,余瑞璜考取了公费留学英国。他本想在核物理方面进行深入学习,但当时正值日本侵略军占领我国东北三省,为了抗日救国,他和赵忠尧等商议后决定改学X光晶体学,以便适应发展国家急需的科技领域的需要。经吴有训介绍,他到了英国曼彻斯特大学,在诺贝尔奖获得者、X光结构分析的创始人W.L.布喇格(Bragg)的指导下,进行X光晶体结构分析的研究工作。他在独立进行Zn(BrO3)26H2O配位式化合物的晶体结构分析中,为了定出氧原子的坐标,创造性地进行了Br原子的傅里叶综合分析,并由此确定了这个化合物的晶体结构。在此过程中,他使用了摆动X光谱仪,并对该仪器原来的对称树叶转轮进行了改造,设计制作了不对称转轮。这两项研究工作都受到了导师的赏识。他的两篇论文《配位式化合物Zn(BrO3)26H2O(室温)的晶体结构分析》、《摆动晶体X光谱仪传动装置的理论与设计》,都发表在德国结晶学杂志上。

余瑞璜的另一项研究是对Ni(NO3)26NH3的晶体结构分析。这个结构在室温下的X光衍射强度分布十分特殊,随布喇格角的增加急剧下降。在低温下(液态空气)则与此不同,高角度仍有极强的X光衍射线。经过一段艰苦的分析发现,硝酸根在这种晶体中进行着非常反常的振动,这种振动是NO3原子集团以两个氧原子为轴在晶格空间作巨大幅度的摆动。当温度降到液态空气温度时,硝酸根原子团不再摆动,处于某种固定位置上。这种反常振动过去从没有人观察到。在他的博士论文《配位式化合物zn(BrO3)26H2O(室温)和Ni(NO3)26NH3(室温和低温)的晶体结构分析》答辩中,他对这种反常振动的发现,以及它所依据的实验工作和数学计算方法,都受到了布喇格和E.A.欧文(Owen)的称赞和重视。

获得博士学位后,导师布喇格建议他去W.H.布喇格(W.L.布喇格之父)领导的英国皇家研究所进行研究工作。当然,这是一个对个人发展有着美好前景的工作位置。但是,当时日本侵略军正在进行南京大屠杀、进攻武汉……,祖国处于危亡之际。国难当头,他接到了吴有训从昆明的来信,希望他在英国研究X光金相学,然后回西南联合大学参与建设清华大学金属研究所。在祖国需要与个人前途发生矛盾的时候,他经过反复思考,最终放弃了个人利益,决定返回战火纷乱的祖国。他随即到英国北威尔士大学欧文教授的实验室进行短期X光金相学研究,接着又到英国的伯明翰大学在H.汉森(Hansen)指导下进行了金属学与热处理方面的短期学习。

1938年9月,他带着家眷登上了远洋客轮,返回正在遭受战乱的祖国。即使在这次漫长的航海旅途中,他也没有完全停止自己的研究工作,在轮船上孕育了一个极为重要的科学构思。这就是在他一生中对科学做出的最重要的贡献之一:X光结构分析新综合法的思想原型。

1939年1月余瑞璜到了昆明。在这里,他度过了艰苦的抗战时期。那时,西南联合大学的教授们生活都非常艰苦,他家靠着夫人李宝环女士经常为人家接生补贴一些收入,才得以勉强维持一家人的生活。

一到西南联合大学,余瑞璜就立即全身心地投入了创建清华大学金属研究所的工作,主要是进行X光方面的实验和理论研究工作。由于战乱,他购买的仪器在运输途中全部损失,一切都得从头做起。为了避开敌机轰炸,他在昆明郊区大普吉屯的小平房里,克服了重重困难建起了X光实验室。他借来高压变压器,配上自制的石英管和真空抽气机,做成了中国第一个连续抽空X光管,并用这台仪器重复了印度C.V.拉曼(Raman)当时刚发表的NaCl弥散衍射。结合国家生产的需要,他还用这台X光机分析了云南、贵州的硬铝石铝矿。半年后,他由副教授晋升为教授。

在实验研究工作的同时,他还继续开展在返国途中构思的“X光新综合法”的理论研究工作。原来他在英国进行研究时主要采用傅里叶、帕特逊综合法。他的新综合法比原有方法可以提供更为丰富的资料,为复杂结构的分析提供了方便。这期间余瑞璜在英国的《自然》(Nature)和中国的《科学记录》等杂志上先后发表了十几篇有关论文。这些论文引起了国内外学者的广泛注意和好评。他发表在《自然》上的一篇题为《从X光衍射相对强度测定绝对强度》的文章引起了国际学术界的高度重视。英国皇家学会会员、国际晶体学杂志总编A.J.C.威尔逊(Wils0n)给予了很高评价,另一位英国皇家学会会员、曼彻斯特大学教授H.李普森(Lipson)在1978年给余瑞璜的信中说:“你是否知道,战争时期你在《自然》上发表的快报开辟了强度统计学的整个科学领域。”由于余瑞璜的杰出贡献,在纪念“X光衍射五十年”的物理学史册中,他的名字被载入了该书(该书中的3位学者的文章都提到了余瑞璜的名字),他是唯一被载入该史册的中国人。该书的总编辑P.P.厄瓦耳(Ewald)在书中赞扬余瑞璜是世界上第一流的晶体学家。他为祖国争了光,成为国际上知名的物理学家。

抗战胜利后,余瑞璜回到了北京清华园。在这里,除继续进行新综合法的研究工作外,他还担任了物理系一至四年级的多门课程的教学工作。同时,兼任了北京大学地质系的教授。

1948年8月他接受美国国务院福尔布瑞特(Fulbright)基金中美交换教授讲座的约请,去美国麻省理工学院讲学和研究。

到了美国,途经加州理工学院时,他接受了美国著名化学家、诺贝尔奖获得者、加州理工学院教授L.鲍林(Pauling)的建议,短期留在他的实验室进行研究工作。

当他在加州理工学院的研究工作结束,并准备转去麻省理工学院时,突然从国内传来了人民解放军百万雄师过大江的喜讯。在苦难的祖国上空,黑暗即将过去,曙光已露端倪。惊喜、振奋之下,他把去波士顿的事完全抛在了脑后,毅然登上去香港的飞机。他从香港秘密回到广州,接出正等待去美国的家眷,登上英国太古轮船公司第一艘开往解放区的轮船。在北京天安门广场参加中华人民共和国的开国大典时,毛主席宣布“中国人民从此站起来了”的声音激动着每一个中国人的心,他被这伟大的声音激动得热泪盈眶,欣喜若狂。

1950年,为了拯救抗美援朝负伤战士,余瑞璜暂时停下手中的研究工作,设计制作了我国第一个永久性医用真空X光管。为此,毛泽东主席曾派有关领导同志专程到清华大学向他表示慰问。

在清华大学任教期间,余瑞璜与当时的冶金部副部长、钢铁局局长陆达一起建立了中国金属学会,并建议在全国各大工厂建立X光方法的化学分析及显微金相实验室。随着钢铁工业的发展,对科技人员的需要越来越迫切。余瑞璜把自己最优秀的学生如陈、胡玉和(原鞍钢副总工程师)、姚卫薰等人推荐到我国当时唯一的重要钢铁基地鞍山钢铁公司去工作。

1952年,余瑞璜根据国家要在东北建立一所新的综合性大学的需要,离开了居住和工作过多年的清华园,来到长春筹建东北人民大学(后改名吉林大学)物理系。为了发展我国冶金工业的需要和培养我国自己的冶金和金属科学基础研究的专门科技人才,他又亲自参加创建了中国第一个金属物理专业。在建系中,为了全面建立各个专业,他四处奔走,收集了大量物理学方面的重要学术刊物。这些从二三十年代以来的系统的学术刊物都是从事有关教学、科研工作必备的重要资料。他在教育部的支持下,亲自外出购买了大量建设实验室的基本设备和精密仪器。他还亲自抓教学,听教师试讲,有步骤、有计划地送青年教师出去进修。正是在余瑞璜以及霍秉权、郑建宣、朱光亚、吴式枢、苟清泉等以及全系师生员工的努力下,到1957年吉林大学物理系已在国内颇有声望。

1956年在周恩来总理领导下召开的“19561967年科学技术发展远景规划”会议上,余瑞璜提出了发展半导体、电子学及钛与其他轻金属的合金等3个科学项目的建议,受到了国家的重视。

1957年他在政治上遭受灾难,但他并未因此而消沉,却将精力完全集中到科学研究工作上去,开始进行了他一生中的第二项重大的科研项目的研究。

30年代末,他在曼彻斯特大学从事研究时,曾与著名的合金电子浓度理论创始人休谟-饶塞里(Hume-Rothery)共用一张办公桌。当时,休漠-饶塞里正在进行合金电子浓度理论的研究,由此理论得出过渡金属元素在某些电子化合物中是零价,这一问题给余瑞璜留下了深刻的印象。40年代末,他在加州理工学院时,又听到了鲍林关于上述过渡元素具有56价的论述。著名的固体能带理论也未能给出对此问题的答案。这个问题使他觉得需从固体和分子体系中电子层次的微观结构进行深入探讨。

考虑到解决所讨论的问题需要摆脱某些传统观念,打破学科界线,他决定采用科学归纳法进行研究。这是一项需要极大的工作量的研究工作,当时又只能自己一人去完成。因此历时近20年,直到1978年才在《科学通报》上以“简报”的形式正式发表了这一研究工作。

从50年代以来,30多年间余瑞璜一直进行着“固体与分子经验电子理论”的研究。在这个理论中,他在鲍林的原子杂化状态理论的基础上提出了在分子和固体中的原子价层电子分布的一种新的描述方法,并由此构造了原子的h(Head)态和t(Tail)态,又通过它们的杂化构成原子的杂化状态。由这种杂化原子状态描述的原子状态的价电子分布称为原子价的精细结构。由于引入了“晶格电子”、“等效价电子”等一些新的概念,它比传统的原子价理论对原子价层电子分布的描述给出了更为丰富的信息。余瑞璜假设,在h态和t态之间存在着一系列相对稳定的杂化状态,并称它们为杂阶,每个杂阶都含有确定的h态和t态的成分。他又利用鲍林的经验键距公式发展了一套由已知的分子或晶体的结构(原子空间排布)出发具体计算出分子或晶体的原子杂化状态以及由它们所形成的共价键络的方法。利用这种方法可以在一级近似下确定分子或固体的价电子结构(原子的杂化状态和共价键络)。

余瑞璜提出的“固体与分子经验电子理论”与已有的传统理论相比具有以下特点:描述简单明确,给出实空间电子分布,易于为人们理解;计算简单,只用初级运算,且计算量小;适于计算已知结构的各分子或晶体,特别是它可以近似给出许多复杂的工业实际材料的电子结构;结果简单明确,容易与材料宏观性质联系。所有这些特点使得它受到许多材料科学工作者的重视,并逐步用于各种材料问题的研究。随着这项研究的不断发展,它将在把基础理论直接用于实际材料的研究方面发挥重要作用。

余瑞璜长期身兼数职。除一些学术职务外,还长期担任一些社会兼职,比如吉林省人民代表大会常务委员会副主任、中国民主同盟中央参议委员会常务委员和中国民主同盟吉林省委员会副主任等职务。

自1929年以来,余瑞璜从事教学工作60余年,在国内外都有他的学生,确是桃李满天下。他以一生都献给教育事业而欣慰,常常自吟:春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干!

(作者:张瑞林)

余瑞璜始终保持谦虚、谨慎和求实的治学态度。在和青年教师们讨论学术问题时总是平等地讨论问题,对于发现他的错误的后辈学者还常在学生面前给予表扬。他的论文写成后常要经过与别人讨论、在学术会议上听取意见之后才正式向杂志社投稿。

除了专业工作之外,他很喜欢中国古典文学,尤其是唐诗、宋词。他也很喜爱京剧,认为京剧是唱、表演、音乐艺术的最好结合。在一些聚会中,他有时高声歌唱岳飞的《满江红》,悲壮的歌声常使在座的人为之感动。


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