中科院院士王貽芳： 我國已攻克下一代加速器多項關(guan) 鍵技術

■本報記者 倪思潔

“作為(wei) 中國下一代加速器，環形正負電子對撞機（CEPC）的設計與(yu) 預研進展順利，計劃2022年完成技術設計報告。”近日，在高能同步輻射光源高端學術論壇上，中科院高能物理研究所所長、中科院院士王貽芳表示，在CEPC預研項目支持下，研究人員攻克了超導高頻腔、速調管、等離子體(ti) 加速注入器、探測器等多項關(guan) 鍵核心技術。

超導高頻腔是現代粒子加速器的“心髒”，可以通過極高的能量效率給帶電粒子加速。“未來10年，國內(nei) 對超導高頻腔的需求在1000隻以上。但是，我國超導高頻腔長期依賴進口，國內(nei) 隻有少量樣腔。”王貽芳說。

王貽芳介紹，在CEPC預研項目支持下，1.3吉赫茲(zi) 超導高頻腔已經達到了國際最好水平，未來不僅(jin) 可以用在CEPC上，還可以用在上海自由電子激光裝置、日本國際直線對撞機上。此外，650兆赫茲(zi) 雙腔體(ti) 的超導腔也達到預期指標。

速調管可以給超導高頻腔供應微波能量，是現代加速器的核心關(guan) 鍵部件，在廣播電視發射、雷達、工業(ye) 方麵也有廣泛應用。我國自上世紀50年代開始研製加速器使用的大型速調管，但如今仍然依賴進口。

王貽芳介紹，目前國內(nei) 速調管的微波能量隻有80千瓦，壽命在1萬(wan) 小時，隻能實現50%的效率，而國際水平能達到1000千瓦能量、10萬(wan) 小時壽命和60%的效率，“我們(men) 的目標是實現1000千瓦能量、10萬(wan) 小時壽命，並達到80%的效率”。

“目前，速調管的第一支樣管已經研製成功，指標達到了設計要求，可用於(yu) 散裂中子源等國內(nei) 大科學裝置，第二支樣管也已經開始加工，以滿足CEPC高效率的要求。”王貽芳說。

CEPC在預研中還提出了以傳(chuan) 統方案保底、將等離子體(ti) 加速技術用於(yu) 加速器的方案。“國際上等離子體(ti) 加速研究還在實驗室階段，沒有真正用於(yu) 加速器。目前我們(men) 的模擬研究已經證明方案可行、束流質量能夠滿足要求，一些驗證試驗也將完成。”王貽芳說。

CEPC在探測器預研方麵也取得了一些進展。“例如矽像素探測器方麵，CEPC的目標是達到3至5微米的分辨率，目前我們(men) 研製的矽像素探測器主要指標已經達到或超過國外產(chan) 品。”王貽芳說。

一直以來，粒子物理學家通過加速器讓粒子對撞產(chan) 生出新物理現象來檢驗或挑戰粒子物理的基本模型。然而，隨著粒子物理研究的深入，對加速器的能力提出了更高要求。“現在全世界的高能物理學家都在研究下一代大型加速器。”王貽芳說。

從(cong) 上世紀90年代起，日本科學家就開始研究國際直線對撞機，目前正在組織預研實驗組，計劃在10年之內(nei) 開始建設。

歐洲核子中心（CERN）從(cong) 2013年開始討論未來加速器計劃，2019年發布了從(cong) 環形正負電子對撞機升級到強子對撞機的計劃，預計2028年開始建設正負電子對撞機，並於(yu) 2038年運行，造價(jia) 約為(wei) 100億(yi) 歐元。2020年6月，CERN在“歐洲粒子物理發展計劃”中提出，粒子物理發展的首要目標是建設正負電子希格斯工廠。

“美國也在討論一個(ge) 全新的未來加速器發展計劃，很有可能會(hui) 在繆子對撞機上有一些新想法。”王貽芳說。

2012年9月，我國高能物理學家提出了下一代加速器方案——環形正負電子對撞機—超級質子對撞機。2018年11月，CEPC研究工作組發布了概念設計報告，並轉入技術設計階段。

“我們(men) 的目標不再是在世界粒子物理領域占有‘一席之地’，而是要站在‘舞台中央’。”王貽芳說。

《中國科學報》 (2021-07-01 第4版 綜合)

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