自2018年以来，Jason的团队在中国自主研发的大型激光装置——申光-2升级版激光装置上做了六轮验证实验，并通过10000焦耳激光实验证实了该方案中分解物理过程的可行性。
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新京报记者张璐编辑白爽校对李丽君
离开行政职位后，杰森恢复了物理学家的本色。目前，他正致力于激光核聚变的研究，希望能为未来能源问题的解决做出贡献。
“我当上海交大校长、中科院副院长的时候也很开心。在任何岗位上，都应该对自己的职业充满敬畏，投入100%甚至200%的精力。”
在刚刚结束的未来科学奖颁奖周上，2021年未来科学奖的材料科学奖获得者Jason分享了他乐观的人生和科研进展。他说，自2018年以来，团队已经做了六轮验证实验，10000焦耳的激光实验证实了激光核聚变快射方案中分解物理过程的可行性。今年11月底，该团队将开始第7轮实验。
“磁约束聚变和激光聚变研究已经达到了阈值，即核聚变的输出能量接近输入能量。未来共同的目标是实现聚变输出能量是输入能量的10倍和100倍。当输出能量是输入能量的100倍时，就非常接近核聚变电站的建立了。”杰森说。
▲杰森在未来科学颁奖周接受采访。新京报记者张璐摄
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第一物理实验和化学实验
2021未来科学奖9月12日公布获奖名单，主持人在发布会上连线杰森宣布喜讯。当被问及我最想与谁分享我的喜悦时，杰森说:“当然，我的父母培养了我对科学的热爱和在极其困难的情况下对生活的乐观态度。”
1958年1月，张杰出生于山西太原。在他8个月大的时候，他的父母去了内蒙古分公司。
杰森的父亲是一个勤奋好学的人。他告诉小杰森，“让我们帮助你的母亲，改善家庭的经济状况。”父亲的乐观，让杰森的童年记忆中，并不全是生活的艰辛，还有探索知识的乐趣。
当时内蒙古有一种“懒”鸡，下了一个大鸡蛋，但往往隔几天就下一个。我的父亲，小杰森，讨论改善鸡的品种。在父亲的指导下，杰森读了很多书，学习了保温和取暖的知识。之后，他决定从改善孵化条件入手，尝试用家里的土炕孵蛋。
为了保持恒温箱恒温37.8℃，父子俩用双金属做了一个恒温箱，测试了双金属的温度特性。一旦温度超过40℃，金属片就会弹开，打开电风扇排出灼热的空气体。然而，经过20多天的实验，没有小鸡孵化出来。
父亲说，我们要知道是哪个环节出了问题，于是父子俩一个个打开了鸡蛋。“虽然实验失败了，但在这个过程中我学到了很多东西。”后来，杰森意识到这是他人生中的第一次物理实验。他学会了如何设计实验、测试数据、分析数据，更重要的是，学会了如何应对失败。
孵鸡失败后，父亲带着小杰森去生产盐酸。家里没有实验设备，他们就把鱼缸装满水，把家里的220V交流电整流变换成直流电电解水中的氯化钠，收集氯气和氢气，然后通过玻璃喷嘴混合燃烧，用水冷却。家里的橡胶气球和废旧荧光灯管也成了他们的实验工具。
实验还是没有成功，实验的后果还是有点严重——家里所有的铁器都被氯气腐蚀生锈了。但这也成为了杰森的科学启蒙，点燃了他对科学的热爱。
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用废弃的涂布机制作一个真实的空靶室。
1989年1月，杰森在中国科学院物理研究所获得博士学位后，前往欧洲从事X射线激光的研究。10年来，他先后在德国马普量子光学研究所和英国著名的卢瑟福实验室工作，科研成果丰硕。他的团队在X射线激光和快射激光聚变的研究方面达到了世界前沿。
激光是人类最伟大的发明之一，但由于其波长在可见光波段，应用受到限制。多年来，科学家们一直有一个梦想，那就是激光波长可以穿透到X射线波段。“如果在2.2nm-4.4nm实现X射线激光，就有可能深入分析生命过程，解开生命之谜。”
从1989年到1995年，杰森的团队不断制造出波长更短的X射线激光。从1993年到1995年，团队保持了世界上最短波长饱和X射线激光的记录——5.8nm，达到了“水窗”的边缘。“后来，我们意识到当时的生命科学还没有达到利用‘水窗’X射线激光来解开生命之谜的阶段，于是团队将研究转向了快射激光聚变领域。”杰森说。
1998年，在时任国家自然科学基金委员会主任张存浩的启发下，杰森回到祖国和中科院物理所，组建了自己的研究团队。他回忆说，当时我国科研条件比较落后，科研经费申请周期很长。求贤若渴的张存浩找了几个副所长商量，动用所长基金，为杰森筹集了100万元的科研启动资金。
“那时候为了节省科研经费，我们经常去物理所的废品仓库，找大家把退回来的仪器设备消灭掉。”杰森说，当时他在仓库里找到了一台镀膜机，用它做了一个真实的空靶室来做实验。
杰森没有辜负伯乐的期望，回国后不久，他的团队就研制出了国内第一台飞秒激光装置——“极光一号”，此后用它做了很多实验。
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物理学家和未来能源
未来科学奖的获奖感言中提到，材料科学奖授予杰森通过调节强激光与物质的相互作用，产生精确可控的超短脉冲快电子束的机会，并将其应用于激光核聚变的快速点火研究。“物理学家有责任解决人类社会面临的最具挑战性的问题。”杰森这样解释他的研究项目。
随着全球变暖，迫切需要找到能够替代化石能源的未来能源。聚变能是未来最清洁、高效、安全的能源之一。聚变能是氢的两种同位素氘和氚的聚变反应释放的巨大能量。海水中约有40万亿吨氘。一升水可以提取0.03克氘，其聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油。一立方千米海水中氘氚聚变反应释放的能量相当于全球石油储量燃烧的能量。因此，聚变能源原料几乎取之不尽。
目前受控核聚变的研究主要分为两类，一类是惯性约束聚变，利用高能高强度激光加热聚变材料，如氘、氚等，实现受控核聚变以获得巨大能量。
“激光核聚变的快速点火方案中有一个非常重要的物理过程，需要使用超短脉冲高能电子束携带能量进入高密度等离子体进行点火。”早在1997年，Jason就提出了双锥碰撞点火的新型激光聚变方案的原型。“快速点火方案将燃料点火与压缩分开，因此这两个过程可以独立优化，同时避免不稳定性。从理论上讲，这个方案是优越的，但是要通过实验来证明是非常困难的。”杰森说，在过去的20年里，他和他的团队做了大量的预备实验和理论研究。
真正的大能量验证实验始于2018年。自2018年以来，Jason的团队在中国自主研发的大型激光装置——申光-2升级版激光装置上做了六轮验证实验，并通过10000焦耳激光实验证实了该方案中分解物理过程的可行性。"一些实验结果甚至比我们最初的理论假设还要好."杰森说。
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校长“杰哥”
中国科学院院士、德国科学院院士、第三世界科学院院士、英国皇家工程院外籍院士、美国科学院外籍院士...除了“五院院士”的头衔，杰森还有一个学生们津津乐道的身份——“杰哥”校长。
2006年至2017年，杰森担任上海交通大学校长。在开学典礼或者毕业典礼上，他经常流露真情，妙语连珠。这些演讲视频在网上被称为“演讲素材”。
杰森讲过这样一个小插曲，美国一所名校的校长访问上海交大。他以为自己在这所学校很受欢迎，但是到了中国，他发现校园里的每个学生都认识杰森。他们主动和总统打招呼，亲切地称他为“杰哥”。
回国后，这位校长和美国其他校长说，中国一批年轻的大学校长正在崛起。他们的平均年龄比我们小10到15岁，离科研一线很近，对高校科研发展方向把握得很好。同时，这群大学校长幽默风趣，在中国大学生中颇具影响力。
在贾森担任校长的十年间，上海交大建立了以制度激励为核心的现代大学治理体系，确立了“三位一体”的人才培养理念，构建了“基础学科拔尖人才”和“平台宽口径教育”的创新型人才培养体系。在最能体现学校创新能力的自然科学基金申请数量、资助金额和SCI论文数量上，均居全国高校之首。
杰森清楚地记得，他刚上任的时候，率团访问一所世界一流大学，遭到了冷遇。2016年再次率团访问这所学校时，校长清空了所有的日程，花了整整一个上午听取上海交大十年来的发展经验。
“虽然我是物理学家，但我在大学校长的时候就把专业转向了高等教育，把100%甚至200%的精力都投入到了加强学校建设上。”杰森认为，在担任校长期间花大量时间做自己的研究是错误的。“我当校长的时候也写过论文，但主要是高等教育的论文。”
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与杰森的对话
核聚变作为人类社会的能源，已经不远了。
杰森在接受新京报记者采访时表示，研究团队在2020年即将验证一个关键的物理过程时，偶然遇到了新冠肺炎疫情。通过各方努力，在疫情得到初步控制的时候，团队完成了一个非常罕见的实验，完全由团队老师完成。目前，团队已经完成了6轮验证实验，2026年之前，团队将总共完成18轮验证实验。
研究思维会给生活带来无穷的快乐。新京报:你是怎么对物理产生兴趣的？
杰森:当我还是个孩子的时候，我父母经常带我去做各种各样的事情。我很好奇，经常问“为什么”。如果我知道它背后的物理原理，我会感到非常高兴。
比如我小时候看我妈煮饺子。一旦锅开始沸腾，我需要3-4倍的冷水才能煮饺子。为什么要冷水？后来才知道，煮饺子的主要目的是煮饺子馅。不管水有多沸腾，温度实际上都是100℃。对于饺子馅来说，温度的供给是一样的，但是如果水煮的太多，会给饺子很多动能，所以动能大的饺子互相碰撞。饺子里还有大量受热气体，在高压下很容易破碎。加点冷水可以降低水的沸腾程度，降低饺子的动能，饺子就可以完全煮熟了。
后来我给学生讲课的时候经常说，研究性思维会给你的生活带来无穷的快乐。
新京报:你在求学期间有哪些难忘的故事？
杰森:我上中学的时候，因为缺少英语老师，我没法教英语。有一次妈妈无意中发现一个电台在播放英语，我就把弟弟小时候做的收音机修好，听着收音机学英语。
英语广播早上6点开始，晚上11点还有一次广播。青少年总是睡眠不足。我经常在听的时候睡着。这时候妈妈会把我叫醒，让我继续学习。1978年初，我作为正式恢复高考后的第一个大学生走进了大学校园。我突然发现，在我的同学中，我的英语是最好的，我获得了全校英语竞赛的第一名。
大学教育应该是成人教育，培养正确的思维方式。新京报:您在上海交通大学任校长时，被学生称为“杰哥”。你怎么看待教育者和学生的相处方式？
杰森:我从心底里喜欢和欣赏年轻学生。我在2006年成为上海交通大学的校长，我在2007年4月的BBS聚会上做了一次即兴演讲。同学们都很激动，和我握手，也就是从那时起，他们叫我“杰哥”。我想这反映了学生们的期望，他们想要的校长不是一个高人一等、纪律严明的父亲或领导，而是他们需要兄弟和同龄人的平视和陪伴，需要他们正确思维方式的培养。
中国大学的老师喜欢把大学生当成自己的孩子。我说这实际上是错误的。学生在大学接受的教育应该是成人教育和全人教育，大学是他们进入社会前的最后一站。学生将在学校经历许多不同的事情。事实上，应该鼓励他们去探索。即使他们在大学遇到一些挫折，也可能是他们一生的财富。
我经常主动参加同学的活动，因为校园文化应该是学生和老师共同创造的文化。比如我当校长的时候，把原来的学生运动会和教职工运动会合并，搞了一个嘉年华式的运动会。入园仪式可以展示科技成果、文化品牌等等。
我一直认为，研究型大学教育的本质不是教学生多少知识，或者思考什么。最重要的是培养学生正确的思维方式，使他们形成正确的三观，成为在社会建设中发挥更大作用的“完整的人”。
新京报:除了科研，你还有什么爱好？
杰森:我喜欢运动，现在还保持着运动的习惯。现在每两天跑8公里。此外，我也做一些体育锻炼。
我喜欢阅读。除了科学书籍，我还喜欢阅读文学和艺术书籍。此外，我也喜欢古典音乐。
新京报:点火在核聚变中起什么作用？中国激光聚变研究的国际地位如何？
杰森:形象地说，核聚变就是在地球上制造一个“小太阳”。地球上几乎所有的能量都来自太阳的能量。太阳中心有剧烈的核聚变反应，能量释放效率很高。核聚变的效率比化石能源高1000万倍。
要在地球上建造一个“小太阳”，有两个最重要的方面。一个是极高的温度，增加了氘氚核的量子隧穿几率；二是极高的密度，使聚变反应可以实现自持燃烧。目前激光内爆已经可以产生极高的密度，但是要把温度提升到这么高的水平是非常困难的。在过去的十年中，激光聚变的主要研究重点是提高高度压缩燃料的温度。
快火研究需要产生性能可控的超短脉冲高能电子束，在高密度氘氚燃料中定向沉积，使压缩燃料迅速升温，触发聚变反应。当聚变反应产生的能量大于输入能量时，称为点火。
美国和中国是世界上激光聚变研究的两个领先国家。今年8月，在美国国家点火装置上的实验中，核聚变反应的输出能量已经达到能量平衡点的3/4。
新京报:之前有句话叫“核聚变永远是50年以后的事”。从目前的研究来看，未来人类用核聚变发电还需要多久？
杰森:现在可以负责任地说，磁约束聚变和激光核聚变研究都达到了门槛。阈值意味着输出能量接近输入能量，未来共同的目标是输出能量达到输入能量的10倍、100倍。
如果达到100倍，就接近核聚变电站了。我觉得时间可以用“十年”来算，比如十年二十年。核聚变作为人类社会能源的未来正在到来。
2026年前将进行12轮点火验证实验。新京报:你之前提到，去年的新冠肺炎疫情对快速点火的研究产生了影响。你是怎么克服的？
杰森:我们团队从2018年开始实验。2020年，当我们正要验证一个关键的物理过程时，我们遇到了新冠肺炎疫情。我们的申光-2升级版激光装置是中国最大的激光装置之一。有足球场那么大，平时的用户都很满。然而，我们的第四轮实验碰巧遇到了新冠肺炎疫情。为了不浪费实验机会，2月底，在全国疫情得到初步控制的情况下，上海光机所经过层层审批，恢复了激光装置的运行，我们的实验团队终于可以在3月初进场进行实验。
但是当时所有的学生都不能去学校或者研究所，所以这是一个非常罕见的完全由团队老师完成的实验。因为实验规模很大，需要几十台设备同时工作，我们人手不够，从光机所借了几个老师来帮忙操作。大家都戴着口罩做实验，像医生一样。科学研究没有捷径可走。如果你想有所突破，你需要付出真正的努力。
目前已经做了六轮验证实验，今年11月底，团队将开始第七轮实验。2026年前，我们将完成总共18轮验证实验。
新京报:你研究的超短脉冲快电子束也可以用来实现超高时间空的高能电子衍射成像。能简单普及一下这个研究吗？
杰森:物理学家的职责之一就是探索自然界最不可思议的奥秘。除了激光核聚变的研究，性能精确可控的高能电子束也可以作为探测物质微观结构的探针。自2002年起，我们开始将精确可控的电子束应用于超高分辨率空电子衍射的研究。这项研究的目的是回答物质微观结构中原子尺度的时间特性和空之间的特性是什么。
我们希望用超短脉冲高能电子束探测物质微观结构中原子随时间的快速变化过程，这就要求我们具备观察原子尺度空变化的能力，在空之间空的分辨率为10-10米，时间要优于10-13秒。
经过十多年的努力，我们已经在空之间的决议中实现了预期的目标。在时间分辨率方面，我们也达到了5×10-14秒，是世界纪录的两倍。
拥有世界上最先进的超高时间空分辨率的高能电子衍射和成像装置，我们可以观测到许多以前完全无法研究的超快现象。
值班编辑顾
