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带电粒子物理和同步辐射应用
项目定义
  本项目属应用基础科学,主要研究带电粒子物理和同步辐射应用,涉及核技术及其应用、等离子体物理、粒子与核物理等学科及同步辐射应用和受控热核聚变等领域的研究。承担本项目的主要学科核技术及其应用、等离子体物理、粒子与核物理为国家级重点学科,均拥有博士后流动站,并拥有国家同步辐射实验室作为支撑。
建设内容和目标
  继续保持等离子体物理学科在高校中排名第一和国际先进水平,并争取把基础等离子体物理实验室建成中国科学院重点实验室,并达到国际上同类实验室水平;充分利用国家同步辐射实验室拥有高校中唯一的国家大科学工程作为实验平台的优势,继续保持核技术及其应用学科在高校中的优势和国际先进水平,争取更上一个台阶;继续保持粒子与核物理学科在高校中的优势和国际先进水平,争取承担大型国际合作项目。
  本项目研究带电粒子(包括电子、离子、原子核和基本粒子等)的运动规律和相互作用,随之产生的同步辐射、能量输运等物理效应及其在材料、能源、生物和信息等领域中的应用。主要研究方向为:行星际与地球空间环境,同位素地球化学,人类活动在生态圈的历史记录、地球内部活动对环境的影响,大气遥感与全球变化等。
  同步辐射光源性能优化研究:储存环新的聚焦结构、动力学孔径、束流不稳定性抑制、耦合阻抗、先进束测技术、束损检测、新型波荡器等。
  同步辐射在材料、能源、生物和信息等领域中的应用:纳米材料及器件、磁性材料、新型功能材料的研究;生物大分子晶体衍射数据采集、单波长反常散射及多光束X射线衍射方法测定生物大分子晶体的结构因子相角、生物体微区元素分析和生物分子X射线和红外显微成象;微电子机械器件;纳米科学中的原子分子物理基础,原子分子多重激发态和超激发态的结构和动力学、分子团簇及大气化学和环境科学问题。
  新光源和同步辐射新实验方法研究:深紫外自由电子激光;建立原位XAFS和荧光XAFS方法以及新的谱学技术;发展和优化新材料集成组合技术和材料芯片物理性能(光、磁、介电性能)快速检测新技术;先进光束线技术和特种光学元件等。
  等离子体输运、约束和不稳定性研究:等离子体湍流输运和碰撞输运的机理、磁约束等离子体先进运行模式的机理,高温等离子体的宏观和微观不稳定性。
  带电粒子束及其相互作用:研究电子与基本粒子、团簇和纳米颗粒以及各种凝聚态体系的相互作用机理和规律,探索物质的基本结构,模拟宇宙大爆炸初期的粒子物理过程。
  争取在上述研究领域承担包括国家基金委重点项目4-6项、中国科学院知识创新工程重要方向性项目4-5项、国家863项目5-6项、国家自然科学基金面上项目40-50项、973项目子课题3-5项等,争取获得3-4项省部级奖励和1-2项国家级奖励。
  通过本项目的实施,在相关领域中形成硕士-博士-博士后的人才培养基地,培养出一批能承担国家重大或重要任务、在基础研究领域能参与国际前沿竞争的优秀年轻人才。至“十五”末,在校硕士生达220人、博士生120人、博士后10人,每年可接收国内外高级访问学者30人。
建设经费
  本项目建设需经费2500万元,其中设备费1600万,科研业务费500万,改善教学条件改善等400万元。
“十五”以来主要建设成绩
  (1)在电子储存环束流横向不稳定性的研究与抑制方面,在国际上率先利用对数比率电路和自行研制的时钟系统Tj≤200ps(2s~900万圈)完成了多束团运行的小环逐圈测量系统的研制,并已投入了运用,在二期调束过程中发挥了重要的作用;在国内率先自主完成了逐束团测量系统的研制,初步试验取得多项创新成果,通过门电路实现多束团的储存环中的单束团激励;逐束团横向束流反馈系统已经完成了部分前端电路的研制和试验工作。
  (2)在能量可调的强流脉冲慢正电子束和新型带电粒子探测器研究方面,设计并研制了不同结构的MRPC;在世界上首次应用MRPC做碰撞物理实验,并取得成功的探测器;2003年的d+Au实验TOF Tray的数据分析获得了重要的物理结果;在2004年的Quark Matter国际会议、SQM国际会议和高能物理国际大会上作了三个报告,并作为STAR合作组的正式论文已经提交Phys. Rev. Lett.审阅中;重大国际合作项目“建造STAR飞行时间探测器及RHIC物理”顺利通过专家论证并正式立项。
  (3)在等离子体约束和输运方面,初步实现了建立稳态、脉冲双功能放电磁约束等离子体环的预定目标;对稳态ECR等离子体基本特性,进行了初步实验研究,取得了一些有意义的新结果;完成了对线性磁化热阴极灯丝放电等离子体源的升级工作;设计了一套新的静电探针阵列,用于测量磁约束环涨落的带状流的极向长程相关特性;基本建成了强流脉冲电子束碰撞等离子体电磁特性实验装置等;负责国家级项目“×××××机理研究”;获得多个863项目、973项目、国家自然科学基金重点项目等资助。
  (4)在同步辐射光学工程方面,确定了在国内研发世界上最新的LTP的目标,并确定了技术指标,该指标和世界上已经建成的LTP基本相同,在测试角度范围方面有所提高。
  (5)在低维结构宽带隙半导体材料的同步辐射研究方面,确定了以低维结构宽带隙金属氧化物磁性半导体的超高真空制备和同步辐射结构研究,以相变温度高于室温的氧化物磁性半导体材料的制备及其结构-磁光性能为发展方向。进行了宽带隙金属氧化物(ZnO)半导体的纳米结构材料和表面纳米结构的制备,准一维金属纳米结构的制备,金属氧化物薄膜及其同步辐射表征等方面工作。
  据统计,“十五”以来,本项目已发表论文95篇;已培养毕业博士研究生8名,硕士研究生8名;争取到与本项目相关的国家级项目23项,其他项目6项,经费共计2189.5万元。
 
 
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