核心天體物理學是探索這壹奇妙過程及其內在規律的學科。主要運用核物理知識和規律解釋宇宙中各種化學元素及其同位素的過程、時間、物理環境和豐度分布,以及核過程對恒星結構和演化的影響。
因為恒星會經歷壹個緩慢的形成、演化和死亡的過程。這些恒星的能量來源於內部的熱核聚變反應,為自然界所有化學元素的生成提供了土壤。
深層實驗室核反應的直接精確測量是國際公認的核天體物理學前沿課題。該加速器項目在國家自然科學基金重大項目、中核集團集中R&D項目和中科院儀器研制項目的支持下,旨在對核天體物理研究領域最關鍵的“聖杯”反應發起沖擊,為理解大質量恒星演化和元素起源提供新數據。
在國際上首次在深部實驗室進行了慢中子俘獲過程中關鍵中子源反應的直接測量,為研究宇宙中重元素的生成提供了可靠的中子源反應數據。同時為了解銀河系星際空間中大量鋁-26的起源做出了貢獻,在核天體物理領域取得了原創性研究成果,使我國的核天體物理研究躋身國際先進行列。
關鍵天體物理核反應的精確測量是未來核天體物理發展的重要方向,加速器將為天體物理核反應的精確測量提供新的頂級平臺。
中國的加速器將吸引更多國內外壹流科研團隊利用這壹設施開展物理實驗,有望在相關領域做出世界壹流的研究成果。同時,該項目形成的高壓加速器技術可應用於離子註入、核材料輻照篩選、材料改性、中子發生等領域,對CNNC核技術應用產業和中國相關產業的發展起到積極的推動作用。
由中國核工業集團公司原子能研究院和中國科學院近物理研究所自主研制的世界最深、束流強度最高的實驗裝置——金平深空核天體物理加速器成功浮出水面,束流強度2mA,綜合性能達到國際同類裝置先進水平。
深度實驗設備要求極高。以C12為目標,這是聖杯反應的關鍵成分。在自然環境中,C12的含量達到99%,但這個純度不能滿足實驗的要求。但實驗要求必須達到99.999%以上,65438+百萬個C12不能超過壹個C13,精度高。
這是中國核天體物理研究的重大突破,標誌著中國已經完全掌握了強流高壓加速器的制造技術,並將進壹步推動中國金平地下實驗室成為向世界開放的國家基礎研究平臺。
中國金平地下實驗室是目前世界上最深的地下實驗室,巖石垂直覆蓋深度達2400米,可將宇宙射線通量降低到地面水平的萬分之壹至億分之壹。
同時,洞內巖體本身的天然放射性也極低。這些為暗物質探測、核天體物理、中微子實驗等重大基礎前沿課題的研究提供了獨特而良好的環境。
2014年,我國啟動金平實驗室二期擴建工程,實驗室空間從4000立方米躍升至30萬立方米。依托中科院近代物理研究所,成功研制出緊湊型永磁結構的先進ECR離子源,束流強度可達10 mA。
中國的探測能力是世界上最先進的意大利地下實驗室的10倍。原子能研究所與北師大合作研制成功BGO探測器陣列。探測效率達到70%,分辨率達到國際同類設備最好水平。
同時,原子能所成功研制了短間隙加速管,實現了強流束的高效傳輸,束流能量穩定性達到萬分之三,處於國際先進水平。原子能所研制的高功率靶,星上功率為4kW/cm2,完全滿足強流束實驗的要求。
目前,國家已批準在中國金平地下實驗室的基礎上,在“十三五”規劃中建設國家重大科技基礎設施。實驗室建成後將成為世界上最大的地下實驗室,可以容納更多的深度科學領域的實驗項目。
同時,中國原子能科學研究院成功研制了短間隙加速管,實現了強流束的高效傳輸,束流能量穩定性達到萬分之三,處於世界先進水平。原子能所研制的高功率靶,星上功率為4kW/cm2,完全滿足強流束實驗的要求。
核天體物理學是基礎科學研究的前沿領域之壹。核天體物理在我國物理學長期發展規劃中被列為重要發展領域,而基於深部實驗室的天體核反應測量可以提供最基本、最準確的實驗數據。
“我們從哪裏來,要到哪裏去?”對於這個哲學命題,核天體物理學家把他們的解寄托在核反應12C(α,γ)16O上。1983諾貝爾物理學獎獲得者威廉·富勒曾說過:人體內的大部分元素是C和o
在化學和生物的層面上,我們已經基本了解了它們。但是,在核心物理的層面上,我們仍然不明白這些C和O是如何產生的。因此,這個反應被稱為核天體物理學領域的“聖杯”,也被稱為生命起源的種子。
與此同時,我們的暗物質粒子探測衛星已經發射。它是中國科學院戰略先導科技專項首批四顆科學實驗衛星之壹,也是國際上觀測能量範圍最廣、能量分辨率最好的暗物質粒子探測衛星。我們科學衛星系列的第壹顆星——暗物質粒子探測衛星“悟空”是暗物質粒子探測衛星的頂級設備。
中國在加速器領域的突破和成功,標誌著中國在暗物質探測和宇宙星空的征程中又向前邁進了壹大步,助力全人類新科技的進步。