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[!--downpath--]核物理是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的研究和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的前沿學(xué)科。傳統(tǒng)和核物理研究主要基于核子自由度研究原子核的結(jié)構(gòu),性質(zhì)及其相互作用,包括核反應(yīng),放射性,新核素以及新元素的合成等。隨著科學(xué)家對(duì)物質(zhì)微觀世界的深入認(rèn)識(shí),夸克和膠子的發(fā)現(xiàn),強(qiáng)相互作用量子色動(dòng)力學(xué)理論的建立,使得核物理研究領(lǐng)域大大擴(kuò)展。研究最小的核物質(zhì)系統(tǒng)的內(nèi)部夸克-膠子結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室可能產(chǎn)生的最大高溫高密核物質(zhì)系統(tǒng)的夸克-膠子結(jié)構(gòu)會(huì)成為兩個(gè)新的核物理前沿領(lǐng)域,以及加上在極端條件下核結(jié)構(gòu)的研究成為當(dāng)前核物理基礎(chǔ)研究的3個(gè)最重要前沿領(lǐng)域。
這些前沿的核物理研究將對(duì)了解宇宙起源,天體演化的微觀物理,粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型在核物理中的實(shí)驗(yàn),核技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域都具有著極其重要的意義。
而我國(guó)核物理研究主要與上述三個(gè)領(lǐng)域的研究是一致的,其中在極端條件下核結(jié)構(gòu)的研究的實(shí)力最為雄厚。
早在1994年中國(guó)原子能科學(xué)研究院建成了我國(guó)第一條低能放射性束流線(RIBLL),為我國(guó)開(kāi)展極端條件下核結(jié)構(gòu)研究和核天體物理奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。我國(guó)的一些物理學(xué)家基于這些實(shí)驗(yàn)設(shè)施做出了出色而又創(chuàng)新的工作。十五期間,沈文慶院士領(lǐng)導(dǎo)了“放射性核束物理與核天體物理”973項(xiàng)目,國(guó)家基金委支持了這方面的4個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目,取得了非常好的科研成果。
而在核子物理方向,理論方面在中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,北京大學(xué),南京大學(xué)等科研院所和高校都有著很好的基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)方面高能物理研究所從98年開(kāi)始基于北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī) ? 衰變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究核子激發(fā)態(tài),開(kāi)辟了核子物理研究的一個(gè)嶄新途徑,收到了國(guó)際的廣泛關(guān)注。
在高溫高密核物質(zhì)方向,我國(guó)實(shí)驗(yàn)方面主要是中科院上海應(yīng)用物理研究所,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),華中師范大學(xué)等單位通過(guò)參加國(guó)際合作積累了相關(guān)成果;在理論方面有清華大學(xué),華中師范大學(xué),北京大學(xué)具有較好的基礎(chǔ)。
2005年,中國(guó)投資了3億人民幣在蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)(HIRFL-CSR)裝置建成并投入使用。其重離子束流實(shí)驗(yàn)而用于高密度核物質(zhì)的研究。高能質(zhì)子束流實(shí)驗(yàn)用于核子激發(fā)態(tài),超子激發(fā)態(tài),多夸克態(tài),雙重子態(tài),超核,重子相互作用等核子物理方向的研究。
此時(shí)國(guó)際上繼傳統(tǒng)的強(qiáng)子探針和電子探針后,已經(jīng)開(kāi)始使用同步輻射裝置和弱相互作用探針(中微子)研究強(qiáng)子和核結(jié)構(gòu),我國(guó)建造的光源主要有合肥光源,上海光源以及即將建設(shè)的北京廣源。
20世紀(jì)70年代末,中科大率先提出在國(guó)內(nèi)建設(shè)電子同步輻射加加速器的建議。1983年4月,作為第一個(gè)由國(guó)家全額投資興建并支持運(yùn)行的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室--中科大國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室(NSRL)由原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)立項(xiàng),其擁有的同步輻射裝置稱(chēng)為合肥光源(HLS)。
1997年,原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)"NSRL二期工程"立項(xiàng),主要內(nèi)容是在機(jī)器主體長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行并大幅提高光源積分流強(qiáng)、亮度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,新建1臺(tái)波蕩器插入元件,增建8條新光束線和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)站。該工程是"九五"期間啟動(dòng)的國(guó)家大科學(xué)工程之一,二期工程的勝利完成使HLS的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)研究水平上了一個(gè)新臺(tái)階。HLS的電子束由電子槍產(chǎn)生,經(jīng)直線加速器加速達(dá)到800MeV的能量,再通過(guò)束流輸運(yùn)管道進(jìn)入儲(chǔ)存環(huán)。儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)66.13m,由多個(gè)插入元件、彎轉(zhuǎn)磁鐵和直線段組成。電子在儲(chǔ)存環(huán)中作穩(wěn)定的回旋運(yùn)動(dòng),同時(shí)發(fā)出同步輻射光。
上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,簡(jiǎn)稱(chēng)SSRF)是中國(guó)大陸第一臺(tái)中能第三代同步輻射光源,坐落在浦東張江高科技園區(qū),由國(guó)家、中國(guó)科學(xué)院和上海市人民政府共同投資建設(shè),于2004年12月25日開(kāi)工建設(shè),2009年4月29日竣工,5月6日正式對(duì)用戶開(kāi)放,總體性能位居國(guó)際先進(jìn)水平。上海光源首批建成7條光束線站,2015年~2018年期間,“夢(mèng)之線”、蛋白質(zhì)設(shè)施5線6站、SiP·ME2研究平臺(tái)等陸續(xù)建成,目前共有15條光束線19個(gè)實(shí)驗(yàn)站開(kāi)放運(yùn)行。
北京光源是中國(guó)重大科學(xué)工程,在“十三五”規(guī)劃中,預(yù)計(jì)投資逾48億人民幣,計(jì)劃2018年11月開(kāi)工,工期約6年,將在北京懷柔科學(xué)城建設(shè)一臺(tái)高性能的建成第四代高能同步輻射光源。其設(shè)計(jì)亮度及相干度均高于世界現(xiàn)有、在建或計(jì)劃中的光源。
廣東東莞大朗鎮(zhèn),是被稱(chēng)為“國(guó)之重器”的大科學(xué)裝置——中國(guó)散裂中子源(CSNS)的基地。從2006年5月在這里選址,到2017年中子源首次打靶、順利產(chǎn)生第一束中子,再到2018年啟動(dòng)首批實(shí)驗(yàn)。中國(guó)散裂中子源包括了一臺(tái)8000萬(wàn)電子伏特負(fù)氫離子直線加速器、一臺(tái)16億電子伏特快循環(huán)同步加速器、一個(gè)靶站, 以及一期3臺(tái)供科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的中子散射譜儀。