张焕乔院士是我国20世纪50年代培养的优秀科学家。旧中国积贫羸弱的战乱环境和新中国艰苦创业的时代造就了他立志报效祖国的情怀。他坚守科研一线，心无旁骛潜心科研，研究领域跨越中子物理、裂变物理和重离子核物理，在艰苦的条件下做出了优秀的成果。他以身许国，为配合国家核**研制测量了急需的核数据；他严谨求实，反复推敲，验证实验结果务求准确；他敢为人先，不断涉足新的研究领域。点点滴滴折射着对祖国和科学的无声忠诚与热爱，是老一辈科学家科研精神的传承者和宣讲者，是新中国科学家精神和科技事业发展的一个缩影。值此张焕乔院士90华诞之际，特撰写本文与大家共勉。

团簇结构可以稳定存在于原子核的内部。研究原子核的α团簇结构及其影响在核物理与天体物理中是一个十分重要的课题。在过去几十年里，原子核的团簇结构效应在重离子核反应中有了较多的研究。本文主要总结了在核反应与相对论重离子碰撞中对原子核的α团簇结构效应的研究。例如，通过原子核的巨共振来研究原子核的团簇结构。通过核反应中的粒子（包括中子、质子以及光子）的发射与关联、集体流等研究原子核的团簇结构。进一步，我们把原子核的团簇效应延伸推广到相对论重离子碰撞中，比如，对集体流及其涨落、HBT（Hanbury Brown and Twiss）关联、多重性关联、双强子方位角关联、电磁场等的研究。

中国原子能科学研究院核天体物理研究组在HI-13串列加速器核物理国家实验室建成了我国首条低能放射性次级束流线，产生了从⁶He到²²Na等11种放射性核束，利用这些放射性束流通过测量逆运动学转移反应开展了一系列核天体物理重要反应的研究，另外还通过厚靶实验方法和电荷交换反应开展了天体物理相关重要核结构信息的研究。在串列加速器Q3D磁谱仪上，利用稳定束测量了许多单核子转移和α基团转移的角分布，基于渐进归一化系数（Asymptotic Normalization Coefficient，ANC）或谱因子方法得到了一系列天体物理关键反应的天体物理S因子和反应率，为元素丰度、天体模型等相关研究提供了重要实验依据。

核数据，尤其是中子核数据，是**建设、核能发展及核技术应用的基础，同时在核物理基础研究中也发挥重要作用。核数据的质量直接影响相关装置及产品的有效性、安全性、可靠性和经济性。实验数据是相关理论模型发展及核数据库研制的基础，因此，核数据实验研究在核数据研究中占有极其重要的地位。我国的核数据实验研究始于20世纪中期，经过数十年的发展，取得了丰硕的成果。本文将简要介绍我国核数据实验研究取得的进展，并尝试展望未来的发展。

原子核是主要由短程相互作用制约的量子复杂多体系统，储存着宇宙间绝大部分可见的质量和能量。对原子核的研究，近百年来对人类的生存发展和国家的地位与安全产生了重大影响。过去几十年，短寿命放射性原子核的奇特结构现象不断被揭示，打破了人们对原子核结构的经典认知，开启了不稳定核（放射性核）结构研究的新领域。北京串列加速器核物理国家实验室在过去30多年为我国低能核物理实验提供了基础平台。北京大学实验核物理团队长期以来发展特色实验设备，在北京HI-13串列加速器上完成了系列核物理实验，在原子核奇特结构研究中取得了一批重要成果。本文将介绍团队基于北京HI-13串列加速器开展的几项代表性工作，如基于在束γ谱学的A = 70质量区Ge同位素形状演化研究，基于直接核反应实验的轻丰中子核集团结构研究，以及基于北京放射性束装置发展的共线激光谱设备和首次在线激光核谱实验等。

北京串列加速器核物理国家实验室HI-13串列加速器（以下简称串列加速器）投入运行已有35周年的时间了。为了保持这台加速器的性能，运维团队以保障加速器的运行能力为中心，分别从攻克加速器关键部件研制、培养好运维人员队伍以及提高机时利用效率等几个方面开展了工作。其中，重点阐述了关键部件研制及子系统的升级改造。通过这些工作的开展，保持并提升了这台加速器的性能，加速器也处于良好的安全稳定运行状态。最后，指出了串列加速器所面临的问题及未来的发展规划。

中国原子能科学研究院核反应团队依托国内外的大科学装置，在重离子熔合-裂变机制、垒下熔合增强机制、奇特核反应机制、奇异结构和奇异衰变方面取得了多项原创性成果。本文对其中的代表性成果进行了简要回顾。主要包括：（1）系统调查了正Q值中子转移的耦合道效应，并提出了自洽的方法评估转移耦合的贡献，发现了异常的同位素效应；（2）提出了用高精度背角准弹散射方法抽取原子核的形变参数，确证了原子核存在十六极形变；（3）提出了用轻带电粒子的替代俘获反应方法，基于此方法给出了关键的²³⁹Pu（n，2n）反应截面；（4）系统考察了sd壳丰质子核奇异衰变谱学，发现了²²Si的β缓发双质子衰变模式，并发现镜像核²²Si/²²O的β衰变中存在极大的同位旋不对称性，同时在²⁶Si中发现了迄今为止最强的同位旋混合态；（5）系统研究了奇特核体系在近垒能区的反应机制，首次给出了实验证据表明经典色散关系不适用于中子晕核⁶He+²⁰⁹Bi体系，并对质子滴线核⁸B和¹⁷F的反应机制进行了细致考察。本文也对将来基于重离子飞行时间谱仪和北京放射性束流线可能开展的工作进行了展望。

航天集成电路是空间电子系统的核心部件，抗辐射加固技术是保障航天集成电路在空间环境可靠工作的核心技术。随着电路特征尺寸缩小至纳米尺度，单粒子效应逐渐成为制约航天集成电路抗辐射能力的最主要因素。北京微电子技术研究所团队以设计加固方式作为航天集成电路抗辐射研制技术路线，基于在重离子加速器上获取的大量单粒子试验数据，提出新工艺新器件的单粒子效应试验评估新方法，开展测试分析技术和辐射效应规律研究，为加固技术研究提供准确基础信息，检验设计加固技术有效性，揭示单粒子辐射损伤机制，为优化加固提供指导，最终形成高可靠、长寿命航天集成电路产品提供了关键支撑。

空间环境中存在大量的高能粒子，单个高能粒子穿过航天器壳体轰击到电子器件，引发器件逻辑状态翻转、功能异常等单粒子效应，进而影响航天器的可靠运行和任务达成。基于地面加速器辐照试验模拟空间单粒子效应是评估电子器件在空间应用时发生单粒子错误风险的重要手段，只有其抗单粒子效应的指标符合宇航应用要求的器件才能在航天器中使用。航天器面临的空间辐射粒子主要是重离子和质子，它们诱发的单粒子效应也最为显著。开展宇航器件单粒子效应地面模拟试验主要依托重离子加速器和质子加速器，为满足单粒子试验需求，需要研发大面积束流扩束及均匀化、高精度束流快速诊断等技术，以及满足大批量试验任务需求的高效试验终端，重点介绍中国原子能科学研究院的基于加速器的重离子单粒子效应模拟试验技术、质子单粒子效应模拟试验技术和用于器件辐射损伤敏感区识别的重离子微束技术，以及上述技术在宇航器件单粒子效应风险评估中的应用。

机器学习能够从大量复杂的数据中挖掘其内在的关联，近些年被广泛应用在科学研究中。本文分别评估了两类机器学习算法在修正核质量、重构重离子反应碰撞参数以及提取对称能斜率系数等热点问题上的表现，并讨论了机器学习模型的外推能力和泛化能力。结果表明：机器学习方法在三个核物理问题的研究中均体现出强大的能力。将机器学习方法应用于核物理问题的研究中可以进一步探索新物理，从而更好地推动理论和实验的发展。

本文概述了中高能重离子碰撞奇异粒子产生动力学机制和超核实验测量和理论研究进展。基于量子分子动力学（Lanzhou Quantum Molecular Dynamics model，LQMD）输运模型，即引入Skyrme能量密度泛函和相对论协变密度泛函描述核子和共振态动力学演化，考虑介子-核子和超子-核子相互作用势和阈能修正效应。以反应系统¹²C+¹²C、⁴⁰Ca+⁴⁰Ca、¹¹²Sn+¹¹²Sn和¹⁹⁷Au+¹⁹⁷Au为例，研究了阈能附近K介子、Kˉ介子和超子（Λ、Σ、Ξ）产生机制并分析了核介质效应和高密区域对称能对同位旋粒子比值的影响。基于量子并合方法构造超核并研究了超核形成相空间分布，给出超核形成的质量数、电荷数、动能、快度分布、集体流等信息。引入两体、三体、四体核子碰撞和核结构效应分析了重离子碰撞中预平衡结团发射机制。介绍了考虑同位旋矢量介子ρ和δ耦合相对论协变的量子分子动力学输运模型。

熔合蒸发反应243Am54Cr,xn119297-x以及243Am55Mn,xn120298-x是最近核物理学家提出的合成Z为119及120新元素的可能途径，α衰变是实验上鉴定新元素或新核素合成的有力工具。利用改进的密度依赖结团模型（Improved Density-dependent Cluster Model，DDCM+），对于熔合蒸发反应243Am54Cr,xn119297-x以及243Am55Mn,xn120298-x蒸发3或4个中子得到的反应产物^293，294119与^294，295120的α衰变半衰期进行了理论预言。在此基础上，进一步分析了^293，294119与^294，295120核素α衰变过程与自发裂变以及β衰变等不同衰变模式之间的竞争关系。通过研究发现，对于绝大多数核，α衰变模式占主导地位，但沿着α衰变链，随着质量数减少至A = 261附近，自发裂变以及β衰变半衰期与α衰变半衰期逐渐相近。相关理论结果对于未来Z为119及120新元素的合成工作具有一定的参考意义。

本文发展了第一性原理Gamow壳模型，并已经成功地用于描述滴线区原子核。该方法从现实核力出发，在Berggren基矢空间开展壳模型计算。由于Berggren基矢包含束缚态、共振态和散射连续态，所以Gamow壳模型可以很好处理连续谱耦合问题。在复动量平面，用多体微扰理论（即所谓的Q^-box折叠图）导得价空间哈密顿量，然后进行含共振和连续谱耦合的壳模型计算。这样的第一性原理计算能够很好描述滴线区原子核的弱束缚特性和滴线外原子核的非束缚共振性质。本文综述了该方法在理论和技术层面的发展。作为计算例子，讨论了氧同位素及其镜像核之间的对称性破缺问题，分析了连续谱耦合效应对丰中子碳同位素激发能谱的重要影响。

β衰变寿命是原子核的基本物理性质之一，在原子核物理与核天体物理中都起着重要作用。本文利用贝叶斯神经网络（Bayesian Neural Network，BNN）方法预测原子核的β衰变寿命及其不确定性。研究发现，在神经网络输入层引入β衰变能以及与原子核对效应相关的物理量，并采用β衰变寿命的对数作为网络输出，可以显著提高学习精度。对于寿命小于1 s的原子核，其预言精度约为0.2个数量级，取得了与BNN方法学习β衰变寿命的实验值和理论值的对数之差相当的精度。当外推至未知核区，其预言的β衰变寿命在误差范围内与其他理论模型的结果符合较好，尤其是对于Z?50的原子核。

超重核合成对于扩展核素版图、探索极限条件下原子核性质、理解核天体物理中的快中子俘获过程都有着重要意义，是核物理学研究的前沿领域。本文对重离子碰撞输运理论的发展现状和进展做了评述，介绍了几种具有代表性的输运模型，并介绍了基于输运理论和实验上合成超重核素的现状和最新研究进展，重点针对重离子熔合反应和多核子转移反应研究情况展开讨论，并对国际上新一代核科学大装置的进展进行了总结，介绍了未来国际上超重核合成的研究计划。

随着放射性核束物理的快速发展，在远离β稳定线的原子核中发现或者预言了很多奇特核结构现象，包括变形晕、变形晕核中形状退耦合等。对这些奇特核现象的研究是当前核物理的重要前沿领域。协变密度泛函理论是目前最为成功的用于描述原子核结构性质的理论模型之一。本文介绍基于协变密度泛函理论对变形晕核研究的结果和进展。考虑连续谱效应的形变相对论Hartree-Bogoliubov理论实现了变形晕核的微观自洽描述并预言了镁-44中的变形晕和核芯与晕的形状退耦合现象。之后，该理论还被用于研究硼和碳等同位素链原子核中的变形晕现象。基于该理论的角动量投影计算表明：在变形晕核的低激发转动态中依然存在晕现象以及形状退耦合现象。

中子皮是不稳定原子核中存在的一种奇特结构，在核反应过程中会产生各种效应。不同理论模型研究发现，中子皮厚度会影响核-核碰撞中的中子擦去截面、轻粒子产额比、重碎片产额比、光子产生截面等物理量，也与原子核的集团结构、表面宽度、温度等存在密切关系。在高能重离子碰撞中研究发现，中子皮同样存在明确的效应。实验上，基于放射性核束装置可以产生具有中子皮结构的不稳定核，通过测量其与稳定核发生反应后与中子皮敏感的观测量，能提取或确定中子皮厚度。结合核理论模型，可以进一步约束非对称核物质的状态方程及核天体的相关性质。

不稳定原子核的基本性质反映了核的内在结构和有效相互作用，可用于研究不稳定核的奇特结构。激光核谱技术通过测量核外电子光谱的超精细结构和同位素移位，可以核模型无关地提取原子核的多个基本性质，是研究不稳定核性质和结构的有力工具之一。多步激光共振电离方法是测量原子或离子超精细结构和同位素移位的方法之一。基于此，国际上发展了多种共振电离谱实验技术，用于放射性核束装置上开展不稳定核基本性质和结构研究。本文首先介绍了激光共振电离方法，以及由此发展的各种共振电离激光谱实验技术。随后详细讨论了近十年来刚发展起来的共线共振电离谱技术。此技术可同时实现超精细结构谱的高分辨和高灵敏度测量，正在核素版图大质量范围内的不稳定核性质和结构研究中发挥重要作用。最后分析了用于国内放射性核束装置的共振电离激光谱技术的发展现状及应用前景。

中国锦屏地下实验室是目前世界上岩石覆盖最深的深地实验室，对宇宙线μ子具有良好的屏蔽作用，具有极低的宇宙线通量，因此适用于开展对稀有物理事例的探测实验。目前，包括中国暗物质实验（China Dark matter EXperiment，CDEX）、粒子和天体物理氙实验（Particle and Astrophysical Xenon Experiments，PandaX）、锦屏深地核天体物理实验装置（Jinping Underground Nuclear Astrophysics Experiment，JUNA）等实验组已经入驻锦屏实验室，对暗物质直接探测、无中微子双β衰变、天体核反应等一系列稀有物理事例进行实验探测，并给出了一系列国际先进水平的研究成果。本文总结了中国锦屏地下实验室自成立以来的发展过程和本底控制情况，并对实验室中各个实验组所开展实验的物理意义、实验原理、关键技术、物理成果等进行介绍，同时给出实验组接下来的实验计划。

本文利用相对论准粒子无规相位近似（Quasiparticle Random Phase Approximation，QRPA）模型研究了高斯型同位旋标量对力对原子核⁴²Ca中β-方向的伽莫夫-泰勒（Gamow-Teller，GT）和自旋-偶极（Spin-dipole，SD）跃迁的影响。结果表明：同位旋标量对力对于恢复SU（4）对称性从而重现实验上⁴²Ca的低能量超级GT态至关重要。同位旋标量对力会使自旋反转的跃迁组分混合进入低能量GT态，从而增强低能量GT态的集体性，极大地增加其跃迁强度。同时，由于同位旋标量对力具有吸引性质，会减小低能量GT态的激发能。对于SD跃迁，同位旋标量对力对其激发能和跃迁强度的影响均不明显。

原子核是一个由核力主导的量子多体复杂系统，相对容易发生形变、转动振动、裂变、集团共振等整体性变化。过去的三十多年，我们见证了实验室可达的核素版图的迅速扩大，以及在不稳定核研究中的一系列新发现和新突破。典型的例子如晕核及其关联的奇特结构现象、采用消色差磁谱仪实现弱流条件下在束γ谱学测量从而观察不稳定核区壳演化、不稳定核基本性质测量与新幻数、丰富的多核子关联与集团和分子结构等。未来在新的核素版图区域，特别是中重质量丰中子核区，会涉及极端奇特结构、核天体r-过程、攀登超重岛路径等重大科学问题。为了探索这些问题，世界各科技大国都在建设能够产生远离稳定线放射性核束的大科学装置，不稳定核奇特结构的研究也将迎来更大的突破。

超新星是人们能看到的宇宙中最为绚丽的烟花，其爆发时释放的能量约为太阳光度的100亿倍，可以帮助科学家们看得更远。Ia超新星作为标准烛光，人们可以借助它来测量宇宙中星系间的距离。超新星爆炸也会把产生的大量重元素抛射到星际空间，成为星系化学演化的主要驱动力。此外，超新星还对银河系元素的起源、太阳系结构形成和地球生命演化至关重要。对超新星的研究有助于丰富人们对宇宙的认识，帮助我们破解宇宙膨胀、重元素产生和生命起源之谜。当前，科学家们预测下一个超新星将随时爆发，研究人员正为观测即将爆发的超新星做充分准备。

2023年是北京串列加速器核物理国家实验室建成35周年，加速器与核反应堆是研究核科学的两大利器，1988年，串列实验室正式成立，作为我国核物理研究的重要基地之一，持续发挥核基础创新引领作用，完成了14万小时的稳定运行，开展了核物理基础、核数据测量、核物理应用和交叉学科的研究工作，产出了一系列国际水平和满足国家重大需求的科技成果，培养了一批杰出人才，为我国核物理研究和核科技战略的持续发展提供了有力支撑。本文对串列实验室35年的发展做一综述。