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<p>习近平总书记提及的&ldquo;世界最强流深地核天体物理加速器成功出束&rdquo;是什么设备?</p>

天体物理加速器 束流 核物理
发布:2021-06-01 09:23:49     来源:中国原子能科学研究院

5月28日, 习近平总书记出席两院院士大会和中国科学技术协会第十次全国代表大会,并发表重要讲话。在谈及“战略高技术领域取得新跨越”时,习近平总书记提到“世界最强流深地核天体物理加速器成功出束”。那么,这台加速器是什么样的设备?它又能够开展什么样的研究呢?


来源:央视新闻

该设备是世界上束流强度最高的深地实验设施——锦屏深地核天体物理加速器,由中核集团中国原子能科学研究院和中科院近代物理研究所自主研制。2020年12月26日,该加速器在四川省凉山州2400米深的中国锦屏地下实验室成功出束,束流强度达到2.1毫安,综合性能达到国际同类装置先进水平,标志着我国完全掌握了强流高压加速器制造技术。

那么,这种强流加速器放在2400米深的大山中,到底能够开展什么样的科学研究呢?答案用“在大山深处仰望星空”来形容最为恰当。

从数百万年前,地球上的原始智人第一次仰望星空开始,人类对神秘宇宙的探索就一直没有停过。无尽的天空总是深深吸引人类好奇的目光,遥远的星星为什么会发光?浩瀚的宇宙如何形成?这些问题一直困扰着人们,也吸引着人们去探索。自上世纪人类探索的能力达到原子核,从而开创了核物理学科开始,我们终于触摸到了解决这些问题的钥匙。核天体物理作为核物理与天体物理融合形成的交叉学科,可以很好地利用核物理的手段来探索宇宙中化学元素的起源,以及各种核过程如何控制恒星的演化及命运的奥妙。20世纪30年代以后,人类对于元素起源和恒星复杂演化过程的认知取得了显著进展,并获得多项诺贝尔物理学奖,但迄今仍存在许多亟待破解的科学难题。

在近百年后的今天,核天体物理研究在取得了众多进展的同时,也渐渐触摸到了阻挡我们继续前进的障碍,这些障碍恰恰也来自宇宙。事实上,每时每刻都有无数的高能宇宙射线从天而降,这些宇宙射线会在实验仪器上留下大量的痕迹,如同刺耳的噪声,将真实的声音完全掩盖。如果想将科学探索更进一步,就需要找到合适的耳塞,阻挡这些来自宇宙的“噪声”。

而大自然已经为我们准备好了一副合适的“耳塞”,这就是高耸入云的大山。中国锦屏地下实验室位于四川省凉山州锦屏山的大山深处,实验室上方岩层覆盖深度达到2400米,居世界首位。在实验室内,宇宙射线因受到岩层的阻隔而降低到地面水平的亿分之一,相当于我们把来自宇宙的如重型飞机起飞时发出的巨大轰鸣降低到了图书馆般的静谧。

要想听到核天体反应直接精确测量的“美妙音乐”,除了“耳塞”以外,还需要性能优良的“音乐播放器”,也就是前面提到的强流加速器、高效率探测器和耐辐照长寿命的反应靶。经过六年多的联合攻坚,来自中国原子能科学研究院、中国科学院近代物理研究所、北京师范大学等单位的联合项目团队自主研制出科研实验所需的全部设备,加速器综合性能达到国际同类装置先进水平,高效率伽马探测器能量分辨达到国际同类装置最好水平,耐辐照反应靶的使用寿命也达到国际地下实验的先进水平。


锦屏深地核天体物理加速器实验平台

2021年4月10日,在加速器深地出束4个月后,锦屏深地核天体物理实验(JUNA)一阶段成果现场会于四川省凉山州锦屏地下实验室召开。来自JUNA项目合作组的5位课题负责人分别对已完成的4项实验测量工作和实验共用平台建设进展进行了报告。专家们认为,项目团队已经开展了恒星演化过程中关键核反应的直接测量并顺利完成了第一阶段的实验目标,部分测量的灵敏度和统计精度高于意大利和美国同类装置的水平。


锦屏深地核天体物理实验一阶段成果会现场

该项目获得了国家自然科学基金重大项目资助,中核集团和中国科学院对项目给予了先期资助,分别用于研制强流加速器和离子源。项目更是汇集了来自中国原子能科学研究院、中国科学院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学、雅砻江流域水电开发有限公司、山东大学、四川大学、上海交通大学、深圳大学、中山大学等中外科研院所和高校最优秀的研究群体和顶尖科学家参与。

“征途漫漫,惟有奋斗。”JUNA核天体物理项目团队在探索宇宙奥秘的路上,一直在不懈地努力着。

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