研究方向和内容

重点实验室导师介绍2014

 

1. 放射性核束物理
未来主要围绕973项目,以理论和实验相结合,在远离稳定线核的结构和反应方面开展高水平的理论和实验研究,主要内容包括:
(1)非稳定核的反应机制和衰变实验研究:非稳定核结合能比较小,表面价核子特别活跃,少数几个价核子的性质往往决定了整个原子核的性质。因此非稳定核的反应、特别是对价核子敏感的直接核反应可以作为操作非稳定核奇特量子态的手段。为此,特别需要发展独特的前向多中子关联测量系统和包含多步多道偶合的核反应理论。不稳定核的寿命一般都非常短,测量它们的衰变性质是研究它们结构的有效手段之一。我们已经成功地研制了用于探测丰中子核衰变的中子球探测系统并已经取得了一些实验结果。通过设备升级,将对丰中子核激发态进行系统的研究。
(2)理论研究主要是发展新的理论模型和预言非稳定核的性质。晕核结构性质的理论研究是我们今后的一个重点,已经有很好的理论基础,将通过理论发展并结合实验进一步深入研究晕结构的物理本质。在高K态结构与衰变性质方面,我们已经进行了多年的开创性理论研究,今后的主要目标是研究高K态的衰变,并为可能的应用提供可靠的理论预言。超重核是当前核物理的研究热点,我们在这方面已经取得了有国际影响的理论成果,将继续结合实验开展超重核合成与衰变性质的研究。开展同位旋相关的核天体物理和原子核相变问题研究,进一步揭示与远离稳定线核结构和相互作用相关的物理机制。
(3)大力发展先进的探测技术。放射性核束的束流强度弱,弱束缚核容易破碎,这些特点对实验探测技术提出了许多新要求。将大力发展以硅微条为特征的带电粒子望远镜系统;前角区多中子关联测量系统;高精度高计数率束流监测系统;高探测效率衰变粒子探测系统等。

 
2. 强子物理

近年来,在国家及学校的部署和大力支持下,我们快速起步发展了实验部分,新建了较大规模的亚原子粒子探测实验室,通过人才引进和重组建立了一支比较强的强子物理实验队伍,并积极参与国际国内多项强子物理的大科学实验计划。目前和今后将围绕基金委创新群体的目标和重大国际合作项目持续开展以下研究:
(1)重味强子物理研究。粲夸克和底异夸克组成的重味强子和重夸克偶素物理不仅与微扰QCD和非微扰QCD有密切关系,而且与超出标准模型的新物理的探讨相关。我们将在现有工作基础上,进一步深入开展重味强子系统中QCD问题的研究,如:b强子(重子和介子)衰变的微扰QCD因子化计算问题及所涉及的红外发散问题;各种与b物理相关粒子的光锥波函数;用格点规范、有效理论和对称性原理限制和决定强子矩阵元;NRQCD和重夸克偶素的产生和衰变机制的探讨;重味强子谱和重味新强子态的性质等。
(2)强子结构与新强子态。2003年以来有关新强子态存在的互相矛盾的实验证据,使得人们对这包括多夸克态、胶子球和混杂态在内的新强子态的探索更加充满了兴趣。研究这些新的强子态,可以导致对强相互作用的新的理解,比如禁闭机制和强作用的非微扰动力学。
(3)实验方面随着国内外新的实验装置投入使用,基于多年来工作的积累,我们将逐步凝聚方向,形成国内以北京正负电子对撞机上的BESIII实验为主、国外以LHC-CMS实验为主,兼顾其他小型合作的格局,在大型实验的数据分析软件建设中做出独特贡献,并持续做出自主的物理成果。同时利用过去几年建成的较大规模的粒子探测器实验室,以及在完成LHC-CMS部分探测器研制和大批量组装测试的重大国际合作项目中积累起来的经验,继续承担大科学合作中的探测器硬件研制任务,做出国际高水平的贡献。

 

3. 先进粒子加速器技术
经过近20年的研究和发展,我们在这一方向上业已取得了具有自主创新特色的成果,在此基础上今后将重点开展两个方面的研究工作:
(1)射频超导加速器及自由电子激光技术。射频超导加速器具有射频损耗低、加速梯度高和束流品质和稳定性好等优点,是国际上未来加速器的主要发展方向。2004年,国际未来加速器委员会(ICFA)建议未来国际直线对撞机采用超导加速器技术。北京大学是国内率先发展射频超导加速器技术的单位,近20年来先后开展了纯铌超导腔研制、铜铌溅射型QWR超导腔研制、直流-超导(DC-SC)型注入器研制等工作,并发展了激光驱动光阴极电子枪、超导腔表面处理、微波测量以及低温等相关技术。今后将在已有基础上继续深入开展射频超导加速技术研究,重点开展多cell超导腔、实用型DC-SC光阴极注入器和新材料超导腔三个方面的研究。研究重点集中在提高超导腔的加速梯度上,内容主要包括超导材料性能研究,超导腔物理结构优化,超导腔高精度加工、高性能焊接和后处理工艺,超导加速腔性能测试、低温恒温系统、频率调谐器、射频功率耦合器和高阶模耦合器研制以及相关束流实验等。在此基础上我们将开展基于射频超导加速器的自由电子激光新技术及应用研究。
(2)RFQ加速器技术。北京大学是国内首先发展RFQ加速器技术的单位,我们提出并发展了射频性能稳定的四杆微翼型整体分离环RFQ加速器技术、正负离子同时加速技术等,并制成了性能稳定、射频效率国际领先的1MeV重离子RFQ加速器。近年来我们又提出了分离作用RFQ的新型加速结构,它对提高RFQ的加速效率,拓展RFQ加速器的能量适用范围有重要意义。我们将继续围绕核物理与核技术应用的需要,进一步开展相关的束流动力学、新型射频加速结构、强流离子源与强流RFQ技术、束流输运与诊断技术等方面的研究,并研制技术先进的面向用户的若干RFQ加速器装置。
4. 核技术应用
我们将从完善测量设备、交叉合作研究、自主创新突破及国防建设配套等几个方面开展以下几个有特色的方向的研究:
(1)加速器质谱技术与应用。加速器质谱(AMS)是考古与古人类学、地球科学、环境科学、生命科学等领域中不可替代的重要研究手段。将在已有基础上继续系统开展AMS技术和应用研究,在技术方面不断提高AMS测量精度和灵敏度并完善测量方法,在应用方面通过与相关学科的合作,重点开展基于AMS 14C和10Be 测量的地球科学、环境科学、考古学和生命科学中的相关研究,促进交叉学科的发展。
(2)核技术在核材料、生物医学及纳米科学中的应用。通过承担973课题及ITER973课题,瞄准国家重大需求,积极参与国内外聚变堆、裂变堆及核废料储藏相关的材料抗辐照性能研究,侧重开展自修复材料、纳米颗粒嵌埋材料等抗辐照性能的研究,特别是纳米颗粒晶界在缺陷吸收及自修复功能方面的作用等。通过承担基金重点项目正在进一步探究更深层次的低能离子辐射生物物理的基础问题,特别是辐射生物靶及辐射损伤信号在植物系统中的传导过程等国际前沿问题;研究电离辐射对环境、健康的影响及保护或防护方案。此外,通过承担基金重大研究计划和面上项目,开展荷能离子辅助制备纳米核孔等纳米结构及其在生命科学中的应用;通过承担973项目的子课题,采用灵敏的AMS技术开展纳米颗粒的靶分子选择性及其分子毒理学效应研究。
(3)中子核数据测量与中子照相技术。将重点开展与聚变能相关的轻核及与堆结构材料抗辐射损伤有关核(n, x)反应出射带电粒子的能量分布及微分截面和出射次级中子双微分截面的实验研究,同时开展军用急需的中子裂变产额随能量变化理论研究与评价数据的研究。中子照相在国防、工业、生命科学等领域有重要应用,将分阶段建设基于RFQ加速器的中子照相系统,并通过强强合作,重点研究基于加速器的中子照相技术及其在航天、航空、工业与生命科学等领域的应用。
(4)聚变与核能。通过承担ITER973课题,重点开展与聚变能相关的等离子体物理问题,特别是聚变等离子体中以高自由度和多时空尺度为特征的动力学过程。以国内大型聚变实验研究装置(中科院等离子体物理研究所EAST、核工业西南物理研究院HL-2A)及ITER的物理实验、工程控制为目标,有系统有计划地引进、开发、集成聚变模拟软件。建立模拟软件及实验数据库、并与全国共享。

 

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