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【科学讲座】秦庆:高能粒子加速器前沿与发展

2017年3月2日19点,科学前沿进展名家系列讲座Ⅳ第61讲在中国科学院大学玉泉路校区阶一5开讲。本次讲座的主讲人是中国科学院高能物理研究所秦庆研究员。他以“高能粒子加速器前沿与发展”为题,风趣地向大家介绍了粒子加速器的发展史、当今高能粒子加速器的格局与建造高能粒子加速器的科研经历。

“这场讲座不会有太多公式,我给大家讲一些故事,大家就当听故事一样听这场讲座就好”讲座在秦老师独树一帜的开场白中开始。

什么是加速器?秦老师调侃道,十几年前,家家都有加速器——老式电视机中的电子枪起着加速电子轰击靶屏发光的作用,它便是加速器。除了老式电视机的显像,加速器在辐照加工、放射治疗、光源、能源、教育、生命科学等领域都有着应用。

从著名的范德格拉夫起电机——静电加速器到靠高频电场反复加速的回旋加速器,秦老师指出,加速器的能量在不断提高,其发展也就自然面临着“能量如何再提高”的问题。由强聚焦原理指导产生的环形同步加速器给出了答案。

接下来,秦老师向大家介绍了高能粒子加速器的主要组成部分——功率源系统、磁铁、磁铁电源、真空系统、束测系统、机械系统、控制系统、低温系统等。秦老师特别指出,具有体积小、磁场强的超导磁铁:是未来加速器的发展方向。

回到对撞机,秦老师讲到,它以同步加速器为基本,发展出正负电子对撞机、质子—质子对撞机、质子—反质子对撞机、电子——质子对撞机等多个种类。在此,秦老师给自己的课做了小广告——每年秋季学期他会在雁栖湖校区给研一学生开设粒子加速器物理这门课,对对撞机工作原理感兴趣的同学可以先学习理论力学、数学物理方法、电动力学以夯实基础,等到去雁栖湖校区便可选他的课。

随后,秦老师结合北京正负电子对撞机、上海同步辐射光源、东莞散裂中子源、欧洲核子中心的大型强子对撞机等国内外重要装置,向大家详细讲解了粒子加速器高亮度前沿、高能量前沿、高功率前沿。其间,秦老师多次讲到,加速器领域各科研机构你追我赶,在激烈的竞争中不断进步。由于运行、维护大型加速器成本不低,提高加速器产生数据的速度便十分重要。科研机构宁肯停掉产生数据慢、少的加速器,花钱去效率高的机构做实验。在高能物理领域,只有第一,没有第二。激烈的竞争在一定程度上反映了建大型粒子加速器的必要。

最后,秦老师向大家介绍了我国高能加速器——环形正负电子对撞机与超级质子—质子对撞机CEPC-SppC的未来发展计划。秦老师表示,欢迎对高能粒子对撞机感兴趣的同学日后一同参与到2018年于怀柔起建的高能同步辐射光源、可能将在秦皇岛建造的CEPC-SppC的建造中来。(文/戴雯怡   图/牟枭勇   来源/国科大记者团)

主讲人介绍:

秦庆,中国科学院高能物理研究所研究员,副所长,加速器中心主任,粒子加速物理与技术院重点实验室主任。曾在欧洲核子研究中心(CERN)参加大型强子对撞机(LHC)的设计研究,目前负责北京正负电子对撞机运行,并担任国家重大科技基础设施项目“高能同步辐射光源验证装置”经理。2007年获“国家杰出青年科学基金”,曾主持多项国家自然科学基金项目,两次荣获中国科学院杰出科技成就奖(集体奖),国家科技进步一等奖(集体奖)及北京市科学技术一等奖。担任中国物理学会粒子加速器分会常务理事,及欧洲CERN、日本KEK、俄罗斯BINP相关委员,曾任美国物理学会(APS)、《中国物理C》、《中国物理G》等编委,已在各类学术期刊及国际会议上发表文章数十篇。 

延伸阅读:

“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。