作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/29 18:18:39
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王贻芳:我国下一代加速器已攻克多项关键技术
明年完成技术设计报告

 

“作为中国下一代加速器,环形正负电子对撞机(CEPC)的设计与预研进展顺利,计划2022年完成技术设计报告。”6月28日,在“高能同步辐射光源高端学术论坛”上,中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳表示,在CEPC预研项目的支持下,研究人员攻克了超导高频腔、速调管、等离子体加速注入器、探测器等方面的多项关键核心技术。

超导高频腔是现代粒子加速器的“心脏”,可以通过极高的能量效率给带电粒子加速。“未来10年,国内对超导高频腔的需求在1000只以上。但是,我国超导高频腔长期依赖进口,国内只有少量的样腔。”王贻芳说。

王贻芳介绍,在CEPC预研项目的支持下,1.3吉赫兹(GHz)超导高频腔已经达到了国际最好水平,未来不仅可以用在CEPC上,还可以用在上海自由电子激光装置、日本国际直线对撞机(ILC)上,此外,650兆赫兹(MHz)双腔体(2-cell)的超导腔也达到预期指标。

速调管可以给超导高频腔供应微波能量,是现代加速器的核心关键部件,在广播电视发射、雷达、工业方面也有广泛应用。我国自50年代开始研制加速器使用的大型速调管,但如今仍然依赖进口。

王贻芳介绍,目前国内速调管的微波能量只能达到80千瓦,寿命在1万小时,只能实现50%的效率,而国际水平能达到1000千瓦、10万小时寿命和60%的效率,“我们的目标是能量达到1000千瓦、10万小时寿命,并达到80%的效率”。

“目前,速调管的第一支样管已经研制成功,指标达到了设计要求,可用于散裂中子源等国内大科学装置,第二支样管也已经开始加工,以满足CEPC高效率的要求。”王贻芳说。

CEPC在预研中还提出了以传统方案保底,将等离子体加速技术用于加速器的方案。“国际上等离子体加速研究还在实验室阶段,没有真正用于加速器。目前我们的模拟研究已经证明方案可行,束流质量能够满足要求,一些验证试验还将在清华、上海和斯坦福直线加速器中心(SLAC)完成。”王贻芳说。

此外,CEPC在探测器预研方面也取得了一些进展。“比方说硅像素探测器方面,CEPC的目标是达到3到5微米的分辨率,目前我们研制的硅像素探测器主要指标已经达到或超过国外产品。”王贻芳说。

一直以来,粒子物理学家都是通过加速器让粒子对撞产生出新物理现象,来检验或挑战粒子物理的基本模型。然而,随着粒子物理研究的深入,他们对加速器的能力提出了更高的要求。“现在全世界的高能物理学家都在研究下一代的大型加速器。”王贻芳说。

从上世纪90年代起,日本科学家就开始研究国际直线对撞机(ILC),目前正在组织预研实验组(Pre-lab),计划在10年之内开始建设。

欧洲核子中心(CERN)从2013年开始讨论未来加速器计划(FCC),2019年发布了从环形正负电子对撞机升级到强子对撞机的计划,预计2028年开始建设正负电子对撞机,并在2038年运行,造价约为100亿欧元。2020年6月,CERN在“欧洲粒子物理发展计划”中提出粒子物理发展的首要目标是建设正负电子希格斯工厂。

“美国也在讨论一个全新的未来加速器发展计划,很有可能会在缪子对撞机上有一些新的想法。”王贻芳说。

2012年9月,我国高能物理学家提出了下一代加速器方案——环形正负电子对撞机—超级质子对撞机(CEPC-SPPC)。2018年11月,CEPC研究工作组发布了“概念设计报告”,并转入技术设计阶段。

“我们的目标不再是在世界粒子物理领域占有‘一席之地’,而是要站在‘舞台中央’。”王贻芳说。

 
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