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中国科学院重大科学装置[量子分子动力学之家]
中国科学院重大科学装置
 更新时间:2010/11/6 12:50:39  点击数:2935
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兰州重离子研究装置

   

亦称兰州重离子加速器,是我国能量最高的大型重离子研究装置。类似的中能重离子加速器现在世界上一共有8台,按建成时间排序 HIRFL为第4台,法国、日本和我国都以大型分离扇回旋加速器作为主加速器。

20世纪60年代以来,随着重离子加速器的发展,原子核物理开拓了一个蓬勃发展的新领域——重离子物理。在其它学科,如原子物理、材料科学、生命科学、新能源研究、天体物理等领域,重离子束亦显示出日益重要的应用前景并形成了重要的交*学科。为使我国在这一前沿领域占有一席之地,由国家投资、近物所负责设计建造,于1988年建成了兰州重离子加速器(HIRFL),其主要技术指标达到当时国际先进水平,1991年获中科院科技进步特等奖,1992年获国家科技进步一等奖。

1991年成立兰州重离子加速器国家实验室,它的定位是,以重离子物理基础和应用研究为主,相应发展粒子加速器和实验技术,向国内外开放的综合性科研基地。 

20世纪90年代,在HIRFL上先后建成了具有国际先进水平的放射性束流线(RIBLL)和14.5GHz高电荷态ECR离子源,均获得中科院科技进步一等奖,为我国开展放射性束物理和高离化态原子物理这些国际前沿领域的研究创造了先进的实验条件。 

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)——是国家“九五”最大的科学工程。

兰州重离子加速器国家实验室已经发展成为在国际上享有较高知名度的重离子物理研究中心之一。

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北京正负电子对撞机

中国科学院高能物理研究所1973年在原子能研究所一部的基础上建立,是我国高能物理研究、先进加速器技术的研究开发、先进射线技术及射线应用研究的综合性研究所。

在党中央和邓小平同志的亲切关怀下,国家投资2.4亿元的北京正负电子对撞机(BEPC)1984年开始兴建,1988年10月首次实现正负电子对撞。北京正负电子对撞机由注入器、储存环和谱仪(BES)等组成。注入器是一个长200多米的能加速电子和正电子的直线加速器。它的作用是产生和加速正、负电子束团,将正负电子束团分别加速至11亿电子伏的能量后经束流输运线注入到贮存环内。储存环是一个周长约240米的环形加速器,由40块环形偏转磁铁、60块聚焦磁铁、两个高频加速腔及其他附属设备组成。为了增加正、负电子团束的寿命,环内须保持超高真空状态。正、负电子束团注入储存环后,在磁场的作用下分别在环内沿着方向相反的轨道旋转运动。经过积累、加速达到所要求的能量后,即可在一定的对撞点上相撞。在对撞点附近的谱仪测量记录下这些对撞的数据,进行分析研究。北京正负电子对撞机的工程速度、各种设备、部件的质量和安装调试水平在世界上属于一流。 

北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置,也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机,BES是该能区内性能最好的谱仪。高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。1991年,国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室。

BEPC自1990年运行以来,取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果。如:τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面(R值)的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X(1835)新粒子等,引起了国内外高能物理界的广泛关注。高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。

BEPC主要用于粲夸克和τ轻子物理的研究,同时又可作为同步辐射光源(BSRF)提供真空紫外至硬X光,开展凝聚态物理、材料科学、生物和医学、环境科学、地矿资源、以及微细加工技术方面等交*学科领域的应用研究,达到“一机两用”。

2003年底,国家批准了总经费6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)。2005年7月,BEPC圆满完成了历史使命,储存环开始拆旧安新。改进后加速器的亮度将提高100倍左右,并大幅度提高探测器性能,我国将继续拥有世界上在该能区性能最好的高能物理实验装置,为在今后相当长的时期内中国能继续保持τ-粲物理研究的国际领先地位,取得重大原始创新性物理成果奠定基础。
 

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全超导非圆截面托卡马克装置(EAST)

为了在近堆芯的高参数条件下研究等离子体的稳态和先进运行,深入探索实现聚变能源的工程、物理问题,等离子体所在成功建设中国第一个超导托卡马克 HT-7的基础上,提出了“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”计划。为使国内外专家易于发音、便于记忆同时又有确切的科学含义,项目的名称在 2003年10月正式由HT-7U改为EAST。EAST由实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导 “Superconducting”、托卡马克“Tokamak”四个单词首字母拼写而成,它的中文意思是“先进实验超导托卡马克”,同时具有“东方”的含意。EAST装置是我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置,其主要技术特点和指标是:16个大型“D”形超导纵场磁体将产生纵场强度 BT = 3.5 T ;12个大型极向场超导磁体可以提供磁通变化 ΔФ ≥ 10 伏秒;通过这些极向场超导磁体,将能产生 ≥ 100万安培的等离子体电流;持续时间将达到1000秒,在高功率加热下温度将超过一亿度。

EAST 装置的主机部分高11米,直径8米,重400吨,由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。其实验运行需要有大规模低温氦制冷、大型高功率脉冲电源及其回路、大型超导体测试、大型计算机控制和数据采集处理、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热、大型超高真空、以及多种先进诊断测量等系统支撑。学科涉及面广,技术难度大,许多关键技术目前在国际上尚无经验借鉴。特别是EAST运行需要超大电流、超强磁场、超高温、超低温、超高真空等极限环境,从芯部上亿度高温到线圈中零下269度低温,给装置的设计、制造工艺和材料方面提出了超乎寻常的要求。EAST的建造具有十分重大的科学意义,它不仅是一个全超导托卡马克,而且具有会改善等离子体约束状况的大拉长非圆截面的等离子体位形,它的建成将使我国成为世界上少数几个拥有这种类型超导托卡马克装置的国家,使我国磁约束核聚变研究进入世界前沿。在装置建成后的10-15年期间,能在装置上对建造稳态先进的托卡马克核聚变堆的前沿性物理问题开展探索性的实验研究,并使中国在人类开发清洁而又无限的核聚变能的领域内做出自己应有的重大贡献。

EAST的大小半径虽然只有国际热核聚变试验堆(即ITER)的1/3和1/4,但位形与ITER相似且更加灵活 ,而且将比ITER早10-15年投入运行。EAST是一个近堆芯高参数和稳态先进等离子体运行科学问题的重要实验平台,它将是在ITER之前国际上最重要的稳态偏滤器托卡马克物理实验基地。

EAST的目标就是针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题。作为HT-7的下一代升级装置,EAST装置不仅规模更大,其独有的非圆截面、全超导及主动冷却内部结构三大特性,将更有利于探索等离子体稳态先进运行模式,其工程建设和物理研究可为ITER项目的建设提供直接经验。EAST 将是未来十年唯一能为ITER提供长脉冲稳态先进运行高参数非圆等离子体平台的实验装置,将会在发展稳态高性能等离子体物理的科学研究计划中处于世界前沿地位,进而为支持ITER和聚变能发展作出贡献。

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中国散裂中子源

中子和人们熟知的X射线一样,都是人类探索物质微观结构的有力手段,产生中子束的散裂中子源与产生X射线束的同步辐射光源是目前研究物质结构的最重要的装置,两者相辅相成可为增强国家科技综合实力做出重要贡献。同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射(最初在同步加速器上观察到,被称为“同步辐射”)。同步辐射光源是具有从远红外到 X 光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源,可以用以开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。

散裂中子源是用来自大型加速器的高能质子轰击重金属靶,重金属原子核在高能质子的轰击下发生散裂,释放出中子,这些中子形成非常强的中子束流,中子慢化后与样品发生散射,由中子散射谱仪接收。科学家利用中子谱仪研究一系列新颖材料(样品)最本质的结构细节和运动轨迹。基于加速器的散裂中子源不使用核燃料、不产生长寿命的核废料,且中子通量突破了反应堆型中子源的上限,安全易控。由于中子的特殊性质,在测定物质内氢元素和同位素的位置以及磁性结构等方面具有同步辐射光源不可替代的作用。在薄膜、纳米团簇、生物大分子和蛋白质等热点前沿研究领域内,中子探测装置已成为科学家不可缺少的利器。建造高性能的散裂中子源,早已成为当今发达国家提升科技创新能力的重要手段

中国目前拥有4座高亮度高性能的X射线源,分别位于北京、安徽合肥、台湾新竹和上海(在建),但尚未有高性能的脉冲中子源,建造一座高性能的脉冲中子源将能使我国在物理学、化学以及21世纪最有生命力、最活跃的学科,如生命科学、材料科学、纳米科学、医药、新能源开发和一些工程技术应用领域取得不可估量的进步,很多过去无法涉足的研究和应用领域也能得以开展。

散裂中子源不仅面向世界科学前沿,有力提升中国基础研究和高技术水准,同时促进中国在能源、国防、工业等领域先进技术发展。通过散裂中子源项目发展起来的强流质子加速器,可用于航天器件辐照效应的地面模拟试验研究。利用中子散射对工程材料和部件缺陷及应力的深度检测,可为工程部件确定可靠的使用期限,现已经成为一种先进的无损检验方法。散裂中子源的质子和中子可用于肿瘤的放射性治疗研究,已在许多发达国家得到应用。

中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,简称CSNS)是我国“十一五”期间重点建设的大科学装置,已列入国家中长期科学和技术发展规划。经国务院批准,将建造一个质子束功率达100kW、有效脉冲中子通量居世界前列的散裂中子源装置。国家支持建设经费约12亿元,建设期为7年。

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上海光源

上海光源(SSRF)的建设目标是建造一台高性能价格比的中能第三代同步辐射光源,包括一台100MeV的电子直线加速器、一台3.5GeV增强器、一台3.5GeV的电子储存环和首批建造的七条光束线及相应的实验站。电子储存环的最高流强为300mA,最低发射度为3.9 nm·rad,配以先进的插入件后,可在用户需求最集中的光子能区(0.1~40keV)产生高通量、高耀度的同步辐射光,最高光谱亮度可超过1019 photons/(s·mm2 ·mrad2 ·0.1%·BW)。

SSRF具有安装26条插入件光束线、36条弯铁光束线和若干条红外光束线等六十多条光束线的潜力,它可以同时为近百个实验站供光。首批建造4条基于插入件的光束线站,分别是生物大分子晶体学、硬X射线微聚集及应用、X射线成像及医学应用、软X射线扫描显微;2条基于弯转磁铁的光束线站,分别是高分辨衍射与散射、XAFS;一条组合线站,即X射线光刻与微纳加工。上海光源工程座落在上海浦东张江高科技园区,该园区是国家级高科技园区、园区拥有良好的建设条件。

上海光源工程地块位于张江高科技园区的杨桥村南部,工程用地范围约20万平方米,上海张江(集团)有限公司以零地价转让给上海光源工程使用。一期拟建约45000平方米,区域地势平坦、自然地面绝对标高为海拔3.8米。地块基本呈矩形,东西长分别为588至615米,南北宽为333米,总面积约为 20万平方米,一期建筑面积为50857平方米。区域地势平坦、自然地面绝对标高为海拔3.800米。场地周边交通方便。建址区域水、电、气、通讯等基础设施齐全。张江园区可供两路互为独立的供电电源,供水系统和东海优质天然气。上海已建设国际一流的宽带计算机数字通讯平台,主干网浦东通讯枢纽建在张江园区,浦东宽带接入网可以给用户提供高速宽带上网手段。

主体建筑拟设于地块东侧,综合实验楼设于主体建筑东南侧,便于联系与设备的运输;动力设备用房设于主体建筑东侧,尽量邻近主体建筑,以减少管线投资和能源的损耗。综合办公楼则位于场地中部与主体建筑紧邻,面迎主要入口,便于同外界的联系。生活区设在地块的西南部,与工作区相对分离,利于创造相对独立的安静环境。地块的西部与北部预留未来科学研究发展用地。

更多介绍请参看http://lssf.cas.cn/ 

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