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清華特聘講座-朱國瑞【2008.04.08秘書處】

朱國瑞教授當初進入康乃爾大學就讀時,他所獲得的獎學金是要用以獎勵離子體物理的研究,他從此便踏入了這個領域的研究。離子體物理涵蓋範圍很廣,其一是探討高功率微波和毫米波的產生機制。微、毫米波和我們的日常生活息息相關(電視、電話、手機、微波爐等),是許多科學研究的基本工具(加速器的動力來源、天文觀測、核融合加熱等),也是決定戰爭勝負的關鍵技術(雷達偵測、飛彈導航等)。低功率微、毫米波的研究,國內學術界有很多人從事,而高功率微、毫米波的研究,從事的人並不多,它較為冷門,困難度也較高(需要高真空、高電壓、精密機械及焊接等技術)。然而高功率微、毫米波在學術、工業與國防各方面卻有極大的重要性。例如科學園區有價值千億以上的微波/電漿處理系統,新一代的軍艦及戰機上有難以數計的雷達系統,以及太空計劃室的衛星通訊研究也是最新的毫米波段。有鑒於此,國科會近二十年來以重點方式,支援清華大學物理系的「高頻電磁實驗室」,從事高功率微、毫米波相關的學術研究、技術發展與先進應用。

朱教授在這方面的研究重點是稱為「電子迴旋脈射(Electron Cyclotron Maser,ECM)」的新一代毫米波源。它屬於應用物理學門,和「自由電子雷射(Free Electron Laser)」合為「相對論電子學」的兩大支柱。近年來,ECM已從基礎學理探討逐漸發展為實用的高功率同調(coherent)電磁波源,在電磁波頻譜的毫米及次毫米波段,佔有獨特的地位。ECM輻射機制的本身,構成有趣的物理研究;所產生的毫米及次毫米波,也在多方面發揮了高度的應用價值。

另一方面,ECM當中仍有許多的物理現象尚待探討,而其應用潛力也有廣闊的發展空間,像是核融合的研究就在地球能源日漸枯竭之際顯得格外重要。朱教授提到,現在法國有個一百多億美元的國際合作計畫,目的是蓋好一個幾層樓高的核融合反應爐,以發掘新能源。為了把電漿加熱到一億度以上,光是百萬瓦級毫米ECM發射器,就需要二、三十個,其中的挑戰可想而知。此外還有許多不清楚的科學問題,這一百多億美元還只是投入研究而已,大概要在幾十年後,才能建造出實用的核融合反應爐。

另外,雷達的發展可追朔到百年之前,但是直到今天,科學家仍在不斷地追求精進,使它看得更遠、更清楚,用以追蹤太空中飛行的衛星、飛彈以至一公分大小的碎片等。看得更遠需要更高的功率,看得更清楚需要更短的波長。因此,ECM輻射在毫米波段的興起,也為雷達開創了新契機。除此之外,規畫中的新一代粒子加速器大都進入TeV能量級,為了避免粒子轉彎時的輻射損耗,這種加速器需採用直線設計。在總長度的限制下(大約幾十公里),使用高電場共振腔來加速粒子,是提昇能量的必要方法。高電場可用毫米波及超導共振腔兩個方法來達成。TeV加速器所需的共振腔數以千計,每個共振腔注入的功率,至少千萬瓦以上。因此,ECM輻射在下一代加速器的發展上,也將會發揮關鍵性作用。

朱教授的人格特質,從一開始記者與他的接觸中便可略知一二。細心的朱教授提供了許多參考資料讓大家更加了解他,訪問時的可親態度更是讓人感到輕鬆。問及有什麼建議要提供給後輩,朱教授表示自己喜歡讓學生獨立思考,自己想出來的東西,才真正是屬於自己的。至於在選擇領域方面,朱教授認為,領域雖然有冷門/熱門、主流/非主流之分,但是自己做得好才是最重要的。在還沒做之前很難斷言自己有沒有興趣,可先以性向做大方向的考量,如鑽研學理或講究應用、喜歡理論或愛作實驗,再依當時的現實考量(老師風格、熱門程度等)去做選擇。「沒有興趣的科目,多半是因為還不了解,只要投入,慢慢了解,就會有興趣了。」當被問到求學階段如何面對不感興趣的科目時,朱教授這樣回答。至於研究者的特質,除了專業訓練以外,就屬細心、謹慎最為重要。因為細心,所以研究過程中會縝密的思考每一個問題,全盤掌握細節;因為謹慎,所以會隨時警覺,對每一個結論作嚴謹的舉證。老師以自己的經驗為例,有兩位學生在七、八年前所繳交的論文,在經過七、八年的透徹了解之後,他們才寄出去發表,這時兩位學生都已經是教授了。朱教授這種細心、謹慎的態度,不僅適用在研究上,在各行各業中,秉持這種態度也是十分重要的。

  • 學歷
    美國康乃爾大學 博士(應用物理,1972)
    美國麻州大學 碩士(物理,1968)
    國立臺灣大學 學士(物理,1965)
     
  • 經歷
    國立清華大學物理系 教授
    國立清華大學 徐賢修講座
    U.S. Naval Research Laboratory 研究員
    Science Applications International Corporation, Virginia, USA 研究員
     
  • 研究領域
    離子體物理、相干性輻射光源、應用物理
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