祖國情懷（2）---廣東省內的部份「國之重器」

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                 5. 座落於惠州的另一重要科研項目:   
                             强流重离子加速器装置 (High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility，HIAF)
                             加速器驱动嬗变研究装置（China initiative Accelerator Driven System，CiADS）



强流重离子加速器（HIAF）项目总体布局图

　　利用离子源产生从氢到铀的强流离子束，注入iLinac进行预加速。iLinac是BRing的注入器，也可为低能物理实验提供强流离子束。BRing利用相空间涂抹和束流冷却技术将离子束累积到高流强并加速到高能量，引出束流打靶产生放射性核素。放射性束流线分离和选择目标核并注入SRing。在等时性工作模式下，SRing精确测量短寿命原子核的质量；在收集工作模式下，SRing制备高品质放射性束流，既可开展内靶实验也可引出束流开展外靶实验。BRing在环内开展高电荷态离子的精细双电子复合实验。HIAF的设计充分考虑了将来升级的空间和能力，如果增建高能压缩环和高能电子加速器，可以产生短脉冲重离子束、极化质子束、极化电子束，为开展高能量密度物理研究以及高亮度、双极化电子-重离子/质子对撞实验提供先进平台。
　　高流强、高能量、高束团功率是重离子加速器的发展趋势，束流指标愈先进就愈有可能引领相关科学研究并取得重大成果。世界科技强国正在或即将建设新一代重离子加速器。HIAF建成后，与国际同类装置比较，能够提供最强的中低能脉冲重离子束流，产生高功率的短脉冲、强聚焦、高能量重离子束团，开展高精度储存环物理实验。因此，HIAF在产生远离稳定线原子核、精确测量短寿命原子核质量方面极具优势。HIAF的主要科学技术目标是认识原子核内有效相互作用、理解宇宙中重元素的来源等。
　　认识原子核内有效相互作用。原子核是由强相互作用将质子和中子聚合在一起的量子多体系统。目前，对核内长程强相互作用的认识有限，只能假定各种有效相互作用形式，采用不断修正的唯象模型描述原子核的结构和性质。远离稳定线原子核的特点是价核子的束缚能低、连续态的耦合影响大、同位旋效应显著，可能导致核内有效相互作用发生显著变化，凸现某种成分、呈现新的相互作用形式。利用HIAF，可以将研究原子核幻数和壳层结构在远离稳定线核区的演化、奇特原子核的晕结构和集团结构、弱束缚核参与的反应机制，确定有效相互作用中三体力、张量力和同位旋相关的成分，探索核内有效相互作用的新形式，发展描述弱束缚核性质的理论。此外，利用极强低能重离子束流，能够尝试合成新元素、研究超重元素化学性质、探索理论预言的超重核稳定岛。
　　理解宇宙中从铁到铀重元素的来源。宇宙大爆炸初期只产生了氢、氦和少量的锂，其它元素是在各种天体场所通过核过程生成的。目前，人们已理解了铁以下元素合成的机制和天体场所。天体物理界普遍认为快中子俘获过程应该产生宇宙中约一半的从铁到铋的元素、以及原子量大于209的全部元素。但是，尚不清楚快中子俘获过程发生的天体环境和场所，也不确定核合成的具体路径。美国物理学界将“从铁到铀的元素是如何产生的”列为本世纪待解决的11个重大物理问题之一。通过HIAF产生位于快中子俘获路径上的丰中子核素，系统测量它们的质量、寿命以及相关反应率，利用实验数据模拟重元素的丰度分布，通过比较模拟和观测结果，以探索快中子俘获的路径、时间标度、物理环境和天体场所，理解宇宙中从铁到铀重元素。

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      HIAF 项目将建设一台具有国际领先水平的强流重离子加速器装置，具备产生极端远离稳定线核素的能力，可提供国际上峰值流强最高的低能重离子束流、最高能量达4.25吉电子伏每核子的脉冲重离子束流和国际上测量精度最高的原子核质量测量谱仪，为鉴别新核素、扩展核素版图、研究弱束缚核结构和反应机制，尤其是精确测量远离稳定线短寿命原子核质量提供国际领先的研究条件。HIAF 装置主要包括加速器系统、实验终端系统以及相关配套设施。
　　CiADS 项目将建设全球首个实现高功率耦合运行的兆瓦级加速器驱动嬗变研究装置。全超导加速器驱动系统热功率10兆瓦，包含束流功率约2.5兆瓦，次临界反应堆芯/包层热功率约7.5兆瓦，可以实现单次大于24小时满功率耦合运行。CiADS 装置主要包括超导直线加速器、高功率散裂靶、次临界反应堆芯/包层、总控制系统以及相关配套设施。
　　HIAF 和 CiADS 项目配套设施由广东省支持建设，分三部分内容开展初步设计。目前，装置区场平工程及总部区配套工程基本完成建设方案初步设计，将于近期开工建设。
　　HIAF 和 CiADS 项目将作为粤港澳大湾区国际科技创新中心建设的一部分，为我国核科学基础研究、加速器驱动的先进核能系统及核技术应用提供技术和人才支撑。



HIAF 規劃中的場區俯瞰圖。


HIAF 和 CIADS 項目整體佈局（初步）效果圖。


2019年9月30日 建設中的裝置區航拍圖。

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天琴计划是廣州中山大学发起的一个科研计划, 已组建研究小组，开展我国空间引力波探测计划任务的预先研究，並制定有關计划的实施方案，現時已在珠海校區建設引力波研究所需的地面基礎設施。


以上圖文轉發自 大公報2020-6-6 。