重离子加速器冷却储存环建设意义重大

中国教育装备采购网2008-08-06 05:58围观118次我要分享

7月30日,国家重大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环成功通过了国家验收,科学时报记者就此访问了中国科学院副院长、兰州重离子加速器冷却储存环项目负责人詹文龙。
 
记者:兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)项目工程的科学目标是什么?
 
詹文龙:兰州重离子加速器冷却储存环是一项主攻基础科学研究、同时兼顾应用科学研究的重大科学工程,其科学目标是:为我国开展强子物质相互作用、极端条件下原子核性质特别是放射性束物理、高离化态高Z原子物理、高能量密度物理(重离子驱动惯性约束核聚变新能源前期研究)等基础研究,以及重离子束在生命科学、材料科学、航天科学等交叉领域的应用研究提供先进的实验条件和新的科学机遇,取得一批具有国际先进水平的成果,促进我国相关战略高技术的发展,使我国在重离子物理及其交叉学科国际前沿领域的激烈竞争中继续占有一席之地,并实现跨越式发展。
 
记者:能否介绍一下该工程建设有什么科学背景?
 
詹文龙:1988年,中科院近代物理研究所建成了我国第一台大型重离子研究装置——兰州重离子加速器(HIRFL),不仅为我国的中能重离子物理基础研究和应用研究提供了重要的实验条件,而且标志着我国的回旋加速器技术已经进入了国际先进行列。该装置1992年获国家科技进步奖一等奖。1992年成立兰州重离子加速器国家实验室,向国内外开放。
 
该装置建成后,运行效率不断提高,最近几年每年运行6000个小时左右。20年间,来自全国多家科研单位、高等院校以及国外实验室的科学家,利用该装置提供的多种不同种类和不同能量的重离子束流,完成了数百项物理实验,取得了以新核素合成和研究为代表的具有国际先进水平的重要成果,显著提高了我国在国际核物理学界的学术地位,并在其前沿领域的激烈竞争中占有了一席之地。
 
为使我国中能重离子物理研究继续在部分前沿领域保持国际先进性,同时深入开展重离子治癌等应用研究,近代物理研究所和兰州重离子加速器国家实验室经过5年多的预研及反复论证,并结合我国国情,提出了在HIRFL上扩建多用途重离子冷却储存环(CSR),即建设HIRFL-CSR工程的计划。经过多次论证,HIRFL-CSR作为国家“九五”重大科学工程,于1997年6月经国务院科技领导小组审议通过,2000年4月国家发改委批准开工建设。
 
记者:能否举一些实例说明工程建设的科学意义?
 
詹文龙:放射性束及核物质性质研究——物质的基本结构和束缚机制是什么?恒星的演化和命运是什么?我们每天消耗的能量从哪里来?这些重要的、看似毫不相关的问题都和原子核密切相关。在实验室,寻找这些问题答案的唯一途径就是核—核碰撞。HIRFL-CSR是国际上研究这些问题为数不多的装置之一,它所提供的束流种类、能量和强度可以为人类了解核子之微和宇宙之巨提供良好的实验条件。
 
高精度质量测量——质量是物质最基本的性质。原子核质量的精确测量,能提供核结构的本质信息,深化人们对核物质的了解,对自然科学各领域都有重要意义。实验环(CSRe)既是一个冷却储存环,也是一个超高灵敏度、高精度磁谱仪,精确测量原子核(特别是短寿命的放射性核素)的质量是其主要设计目的之一。2007年底,在CSRe上已经实现了等时性模式下的质量测量,使兰州重离子加速器国家实验室成为国际上继德国重离子研究中心(GSI)之后第二家具备这种能力的实验室。
 

重离子治癌——与常规射线相比,重离子束在物理学、生物学和医学上具有一系列独特的优势,适宜于治疗未扩散的局部肿瘤,在国际上被誉为21世纪最理想的放疗用射线。

HIRFL-CSR的建成,大大提高了我国先进离子加速器物理及技术和核物理及相关学科的国际地位,使兰州重离子加速器国家实验室成为国际上重要的重离子研究中心,增强了我国在重离子物理及其交叉学科国际前沿领域的竞争力。
 
记者:能否简要介绍一下该工程主要具有哪些创新点?
 
詹文龙:HIRFL-CSR是我国自行设计建造的第一台规模最大、能量最高、加速粒子种类最多的重离子同步加速器冷却储存环系统。其突出的创新点是,高品质同步环和大接受度实验环双环运行,并配以空心电子束冷却,大幅度提高了束流累积效率、重离子束的能量、流强和束流品质,使一些极端条件下的高精度测量成为可能。工程建设者们攻克了一系列技术难关,采用独特的技术路线,创造性地实现了变谐波同步加速和双回旋加双冷却储存环的组合运行模式;在世界上首次研制成功空心电子束冷却装置,实现了空心电子束对重离子束的冷却;成功产生了放射性次级束,注入实验环进行了高精度质量测量。工程建设坚持自主创新,自行研制的设备超过70%,其中,10~12mbar大型超高真空系统、高性能网络数字化控制系统和纳秒量级大功率Kicker电源等高难度系统的主要性能达到了世界同类装置的先进水平,形成了一系列具有自主知识产权的高新技术储备,促进了我国相关高新技术的发展。
 
记者:这台装置在国际上占什么位置?国际同行如何评价该装置呢?
 
詹文龙:HIRFL-CSR与德国GSI的重离子冷却储存环同属于世界级的大型核物理实验装置。
 
HIRFL-CSR工程所取得的成就引起了国际同行的极大关注。德国GSI主管加速器的前任所长、HIRFL-CSR工程国际顾问委员会主任N. Angert先生高度赞扬CSRe在短时间内实现了等时性模式次级束质量测量,并说,GSI的ESR是在工程验收几年之后才试验了这种等时性模式;美国阿贡实验室的邓昌黎先生说,HIRFL-CSR是一个高难度的包括电子冷却的全离子加速器装置,完成得非常漂亮;GSI鉴于HIRFL-CSR的成功建造,邀请近代物理所承担其总投资约12亿欧元的重大国际合作项目——国际反质子与离子加速器(FAIR)大科学工程磁铁、真空、注入引出系统大批设备的研制任务。
 
记者:该工程投资及其性价比如何?它的建设对国内高技术发展有哪些带动作用?
 
詹文龙:HIRFL-CSR工程国家投资约2.9亿元。毫不夸张地说,该工程建设以很少的投资,创造了国际同类装置的最高性价比。
 
这项工程为实现我国大型先进医疗装置——重离子治癌专用加速器的产业化奠定了坚实的技术基础。工程建设中用70%的经费自行研制出的绝大部分设备都在国内加工,绝大部分由西部企业承担,推动了我国特别是西部企业的技术进步,培养和造就了一支勇于和善于创新的高素质人才队伍。
 
记者:你原来是该工程项目的总负责人,2007年12月你出任了中科院副院长,其中包括分管大科学装置工程等工作,能否介绍一下目前中科院还有哪些在建或将承建的国家重大科技基础设施建设项目?
 
詹文龙:在国家发改委的支持下,中科院先后承担建设了北京正负电子对撞机等多项国家重大科技基础设施。经过近20年的建设与运行,中科院已经形成了一支老中青结合,以青年科技骨干为主的高水平的大科学工程建设与运行管理队伍,在依托大科学装置开展科学研究方面已取得了若干具有重大国际影响的成果。
 
    中科院在组织承担国家大科学工程建设过程中,始终坚持需求导向,充分体现战略性和前瞻性,既着眼于近期国民经济、社会发展和国家安全对科技进步的急迫需要,也考虑国家长远发展和科技进步的需求。

国家战略需求导向和科技创新需求相结合,自主建设与国际合作相结合,设施建设与科研工作及人才培养相结合。  

中科院在建国家大科学工程项目包括:大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST),承建单位为国家天文台,开工时间为2000年;北京正负电子对撞机二期工程(BEPC II),承建单位为高能物理研究所,开工时间为2004年5月;上海同步辐射光源(SSRF),承建单位为上海应用物理研究所,开工时间为2004年12月;中国西南野生生物种质资源库,承建单位为昆明植物研究所,开工时间为2004年12月;武汉国家生物安全实验室(P4),承建单位为武汉病毒研究所,开工时间为2005年5月;东半球空间环境地基综合监测子午链(子午工程),承建单位为空间科学与应用研究中心,开工时间为2008年1月;强磁场实验装置,承建单位为合肥物质科学研究院,开工时间为2008年5月。中科院拟承建的国家大科学工程项目包括:航空遥感系统,拟承建单位为电子学研究所;2500米口径球面射电望远镜(FAST),拟承建单位为国家天文台;海洋科学综合考察船,拟承建单位为海洋研究所;蛋白质科学研究设施,拟承建单位为上海生命科学研究院;散裂中子源,拟承建单位为高能物理研究所。

来源:科学时报

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