張杰院士是物理大家，他在高能量密度物理和激光核聚變前沿研究領域做出重要貢獻，并于2003年當選中國科學院院士、2007年當選德國國家科學院院士、2008年當選發展中國家科學院院士、2011年當選英國皇家工程院外籍院士、2012年當選美國國家科學院外籍院士，2015年榮獲在激光核聚變與高能量密度物理領域最重要的國際獎項ー愛德華•泰勒獎章，2021年獲得未來科學大獎-物質科學獎;直到今日，他還親自帶領著一支大型聯合研究團隊奮戰在實驗現場，為實現人類終極能源的夢想而努力拼搏。

張杰院士也是教育大家，他多年從事人才培養且成效顯著，從2009年創立上海交大“致遠學院”并親任院長，提出并實踐了“致遠模式”，到 2018 年回歸三尺講臺，集半生經驗與智慧繼續踐行創新人才培養之道，并于2014年獲得國家教學成果一等獎，2023年獲得第四屆全國杰出教學獎。

張杰院士還是管理大家，他在2003年到2006年間，擔任中美高能物理合作中方代表團團長，創造性地解決了許多中美合作交流中體制機制性的問題，得到中美雙方高度認可，并被李政道先生稱作“忘年至交”;他在2006年到2017年間擔任上海交通大學校長，提出并實施了以制度激勵為核心的現代大學治理體系的建設，在創新人才培養、科學技術創新、文化傳承創新和社會服務創新方面推進了系統的綜合改革，使上海交通大學成功躋身世界一流大學行列。

英文全文已公開發表于High Power Laser Science and Engineering 2024年第3期，歡迎查看：Guoqing Chang, "An interview with Dr. Jie Zhang," High Power Laser Sci. Eng. 12, 03000e35 (2024)

常國慶：您是如何進入高能量密度物理這一研究領域的?

張杰：我最早開始研究紫外波長激光，之后研究X射線激光，再往后研究激光核聚變和高能量密度物理，這是一個不斷深入的演化過程。我最初研究高能量密度物理是出于對高溫高壓下物質的狀態與運動規律的好奇心，后來研究激光核聚變反應的驅動力則主要來自對人類終極能源的追求。

我自1982年在中國科學院物理研究所的博士階段以及之后在英國牛津大學與盧瑟福實驗室的研究目標都是將激光的工作波長推向更短。在X射線波段的受激輻射，必須要在高階離化的離子能級間形成粒子數反轉，這種高階離化的等離子體狀態只能在高能量密度狀態下產生。我的研究團隊經過多年的共同努力，將X射線激光飽和輸出的波長推進到了“水窗”(2.2-4.3 nm)附近。自1995年開始，我們團隊開始研究快點火激光核聚變過程和超高時空分辨下的物理過程。

常國慶：高能量密度物理為什么重要?

張杰：今天的宇宙起源于138億年前的一次極高能量密度的大爆炸，之后的宇宙演化也都與高能量密度物理過程密切相關。在可觀測的宇宙中，有95%以上的物質都是以高能量密度的極端物態形式存在的，我們地球上以固體、液體和氣體組成的物態反而是宇宙中極其偶然和罕見的存在。我們在地球上研究激光核聚變過程，需要將氘氚燃料在極短的時間內壓縮到極高的溫度和密度，誘發氘氚原子核的核聚變反應。核聚變反應所需的能量密度大于3500億個大氣壓，是極端高能量密度狀態。核聚變反應發生后的能量密度還會進一步提高，進而可以研究宇宙中更加極端的未知物態。因此，高能量密度物理研究是非常重要的科技前沿，能夠滿足人類探索更高能量密度宇宙奧秘的需求。

常國慶：您提出了“雙錐對撞點火”的激光受控核聚變方案，這種方案有什么優勢?

圖1 雙錐對撞點火方案

張杰：氘氚核聚變燃料來源幾乎無窮，核聚變反應物沒有長期放射性，單位質量核聚變能源的效率要比化石能源高一千萬倍以上。因此，人類要想最終解決碳基能源帶給我們的可持續發展問題，必然會選擇更安全、高效和清潔的核聚變能源。無論從人類可持續發展對終極能源需求的角度，還是從國家戰略安全的角度，實現可控核聚變反應都至關重要。當然，實現可控核聚變反應的難度極大，人類為了實現這個目標，已經努力了50年。好消息是，在過去的幾年里，激光核聚變研究和磁約束聚變研究都取得了關鍵性進展。

1997年，當我還在英國盧瑟福實驗室工作的時候，為了解決當時激光核聚變快點火過程中的物理困難，就提出了用雙錐對撞的方法制備快點火過程需要的等容分布等離子體的想法。2018年，基于這個想法并結合近年來激光聚變過程的研究進展，我們提出了完整的雙錐對撞點火方案。該方案采用雙錐對撞點火過程，將激光聚變的壓縮過程與加熱過程完全分離開來，以便在降低最終階段的流體力學不穩定性的同時，提高加熱效率。具體包含，1)錐內等熵壓縮、2)向心內爆加速、3)對撞預加熱以及4)磁場引導下的快電子加熱等四個緊密相聯的分解物理過程。相比于間接驅動的中心點火方案，該方案具有激光聚變的加熱效率高、流體不穩定性低等優勢，從而可以大幅度提高激光聚變反應的增益和可控性。

常國慶：雙錐對撞點火實驗目前進展如何?

張杰：自從提出雙錐對撞點火想法以來，我們陸續在不同的小規模激光裝置上完成了多次實驗，不斷完善這個想法。與此同時，世界上多個團隊也在此領域努力探索。從2018 年開始，我組建了一支大型的聯合研究隊伍，研究人員主要來自于6個中國科學院研究所和10所大學。截至2023年12月，我們依托上海光機所的神光Ⅱ升級激光裝置，已經完成了8輪大型物理實驗，并成功地驗證了錐內等熵壓縮、向心內爆加速、對撞預熱和磁場引導下快電子加熱過程的可行性，到2026年我們還要做10輪實驗。我相信在不遠的將來，核聚變能源將真正走進千家萬戶。

常國慶：2006-2017年期間，您任上海交通大學校長時期，如何處理科研和管理之間的關系?

張杰：大學的使命是培養人才，需要校長花費大量時間學習、研究高等教育理論，還有大量對內和對外的校務工作需要處理。此外，還需要拿出很多時間和老師們交流，參加學生們的大量課外活動。出于對大學校長職業的尊重與敬畏，我在擔任上海交通大學校長期間，將自己進行高能量密度物理研究時間壓縮到了最低程度，每年我最多只帶一個博士研究生，會全程參與他的科學研究，保持自己對創新的敏感，不脫離最新的科研實踐前沿。與此同時，我花了大量時間研究在快速轉型的中國國情下，如何通過建立高效的治理體系，實現中國大學發展質量的快速提升，并發表了相關的高等教育學術論文。在那十年多的時間里，我與同事們一起，提出并實施了以制度激勵為核心的現代大學治理體系的建設，在創新人才培養、科學技術創新、文化傳承創新和社會服務創新方面推進了系統的綜合改革，使上海交通大學成功躋身世界一流大學行列。

圖2 致遠學院“致匯營”，張杰院士以“致遠智慧創新”為主題作演講(圖片源自網絡)

常國慶：從2021 年起，您擔任位于上海張江科學城的李政道研究所的第二任所長。可以請您介紹一下李政道研究所的現有工作嗎?

張杰：李政道研究所于2016年正式成立，其科學使命是發揮大科學研究范式的優勢和高度國際化的優勢，從被動、主動、演生三個方向，在極端物態下物質的起源、演化和結構形成的研究上實現根本性突破，成為世界一流基礎研究機構。李政道研究所在上海張江本部有兩個實驗平臺和一個大型超級計算平臺，這三個研究平臺為探索極端物態提供最極端的探索能力，也為類似格點量子色動力學等研究提供高規格的計算資源。

除此之外，我們還正在利用我國不同地理位置獨特的自然條件，建設具有極限探測能力的三個前進觀測基地。第一個是已經建成的PandaX液氙探測器，位于四川錦屏山埋深2400米的深地實驗室，主要用于暗物質粒子直接探測研究，在未來的五年內，探測器將從目前的4噸體量升級到30噸體量。第二個是位于青海冷湖海拔4500米的賽什騰山上JUST光譜巡天望遠鏡，主要用于黑暗宇宙的探測。第三個是建在海南南海海底3500米深處的TRIDENT中微子望遠鏡，用來研究早期宇宙中極端高能的中微子來源。理論、實驗再加上觀測，通過充分發揮大科學研究范式的優勢，希望能夠給李政道研究所的科學家們提供最好的研究條件，深入探索宇宙中最根本、最基礎的科學問題，探索自然的極限和拓展人類知識的邊界。

常國慶：請您評價一下李政道先生對中國科學技術發展的貢獻。

張杰：李政道先生一直高度關注與重視中國科技和高等教育事業的發展。李政道先生曾多次提出非常重要的方向性建議，從最早在中國科學技術大學設立少年班到全面恢復高考，有力促進了中國科教事業的全面復蘇。李政道先生還親自推動中美物理研究生聯合培養考試(CUSPEA)的人才培養機制，建議成立國家自然科學基金委員會和博士后制度，甚至親手設計了國家自然科學基金委和中國博士后流動站最初的會標。更為重要的是，在改革開放之初，李政道先生利用鄧小平先生1979年第一次訪美的機會，推動了中美兩國政府正式簽署了高能物理合作協議，建立了中美科技合作的機制，這一機制對中國的改革開放和高科技發展都發揮了非常重要的作用，而且也是中美兩國交流與合作的橋梁，我本人有幸在2003年到2006年期間，擔任中美高能物理合作機制的中方代表團團長，直接在李政道先生的指導下工作，得到他的高度認可，并榮幸地被李先生稱為“忘年至交”。

常國慶：您在科學研究中有沒有遭遇過艱難時刻?您是如何克服的?

張杰：作為物理學家，我每天都會面臨新的挑戰，遇到的失敗遠遠多于成功。不過我是樂觀主義者，喜歡接受困難的挑戰。克服困難重在堅持、不放棄，科學研究本就不會一帆風順，樂觀的心態與永不言棄的精神在科研過程中必不可少。比如，研制原子尺度超快時間分辨的電子衍射裝置需要更多的經費支持。從2011年起，我們開始申請國家自然科學基金委員會的儀器設備重大創新項目，盡管團隊全力以赴，還是遭遇了兩次申請失敗。我們并沒有放棄，直到2013年6月，終于申請到了這個項目，又經過五年多的努力，在2018年我們成功地研制出世界上為數不多的兆電子伏能量的超快電子衍射和成像實驗裝置，實現了亞毫埃級的結構變化解析能力，并將超快電子衍射的時間分辨率提高到優于50 飛秒，打破了世界紀錄。后來，我們與合作者成功地實現了用光場來控制量子材料的維度，并觀察到瞬時的光致新奇物態。我們還將這些新技術應用到了小型化的高能粒子加速器、相變以及單分子成像等重要物理與化學的瞬態過程的觀察。

圖3 2021年超快電子衍射與成像團隊合影(圖片源自網絡)