一、中心激光装置（CLF）

中心激光装置（Central Laser Facility，简称CLF）为英国和其他欧共体国家的研究人员提供大型激光系统。该装置运行高功率玻璃和钛宝石激光设施和几个较小规模可调激光器。生气勃勃的开发计划确保装置在国际上具有竞争性。

Vulcan玻璃激光器

Vulcan玻璃激光器（左图）是世界上主要高功率激光装置之一，为英国和欧洲的研究人员提供一个独特的与固体、气体和等离子体发生相互作用的超高流强激光器的装置。100TW的短脉冲与2.8kJ多束流毫微秒脉冲同步后，它为研究人员提供进行带有新奇几何结构和脉冲选择实验的机会。

Vulcan是一个强大、多用途的钕玻璃激光系统，能够以毫微秒形式发送高达2.6kJ的激光能量和在波长为1054钠米时以亚微微秒形式发送100TW的功率。频率转换到第二个谐波在波长527钠米时给出1kJ。常规情况下，脉冲的宽度在700飞秒和5毫微秒之间。利用线性调频脉冲放大技术产生亚微微秒脉冲。利用这一方式，低强度脉冲及时地从几百飞秒加宽到几百微微秒。然后放大，再重新压缩和聚焦到产生10²⁰Wcm^-2能流密度的靶上。该脉冲可与长脉冲同步，启动复杂的相互作用和探测实验。

最近Vulcan开展的实验：核聚变的新颖几何图形；高能亚原子斯努克（snooker）；加速激光等离子体电子的记录；世界上首次高能激光器产生的质子；质子揭示等离子体内部运作情况；最短脉冲长度软X射线激光器；Vulcan帮助开发大面积平屏显示器；天文物理学模拟。

科学装置激光器

科学装置激光器（右图）为科学家和工业界提供广泛类型的激光器、以激光为基础的技术和诀窍。在RAL的主要设施有：共焦点显微术、毫微秒科学、超快光谱学以及X射线和紫外线设备。激光租赁备用设备为英国学术界的研究人员提供商用激光系统和诊断，使他们能够在自己的研究单位开展激光实验。

ASTRA激光器

ASTRA激光器（左图）是一台高功率超短脉冲钛宝石激光设施, 提供800钠米长的光的脉冲，宽度为40飞秒，能量可高达500 mJ。有两个实验区，聚焦的能流密度高达10¹⁹Wcm^-2, 为科学家研究高强度的激光与物质的相互作用提供激动人心的机会。

二、ISIS–世界上亮度最高的散裂中子源

建在RAL实验室的ISIS是世界上亮度最高的散裂中子源，ISIS提供中子和缪子束流，支持世界上大约1600名科学家开展物理、化学、材料科学、地质学、工程和生物学的研究。

ISIS批准于1977年，1984年后期首次产生中子，1985年10月正式落成。从此，吸引了大量的国际投资，发展成为国际上一支凝聚态物质研究方面的主要力量。

ISIS不是缩写词。该名称是1984年由时任英国首相的玛格丽特.撒切尔夫人为中子源开始运行而确定的。在此之前，称为SNS。ISIS是古埃及的一位主要女神，她具有超越所有其他神的力量，并能使人起死回生，被认为是生命复活的象征。这对建在泰晤士河旁的新中子源来说十分恰当，因为它继承了大量原英国加速器的设备。

脉冲源的特点

中子在ISIS散裂过程中产生。一个强大加速器产生的高能量质子脉冲轰击一个金属靶，将中子从靶原子的原子核中驱赶出来。结果产生极强的中子脉冲，输运时在中子靶中仅产生不太高的热量。相比之下，传统的中子反应堆源则忍受反应堆芯中产生极高的热量，增加了材料技术现有的局限性。由于ISIS加速器的低负载周期，ISIS靶中按时间平均产生的热量为160 kW，但在脉冲中，中子的亮度超过最先进的稳定态源。

质子加速

加速链从负压665 kV 的Penning负离子源开始。引出的负离子束加速到地面，注入到直线加速器，注入的能量为665 keV。4个阿尔瓦雷兹型的直线加速器把束流加速到70 MeV，提供200微秒长的22毫安负离子脉冲。进入同步加速器后，负离子束穿过一个0.3微米厚的氧化铝剥离膜。该剥离膜将电子从束流的负离子中移出，将它们变换为质子。质子束大约在同步加速器中运行130圈内注入，使空间电荷效应减到最低，将质子的数量累积到2.8x10¹³。  

注入结束后，两个高频系统将注入的束流俘获在两个束团里，并将它们在正旋波主磁场的10微秒的上升边加速到800 MeV。有两个双间隙铁氧体调谐的高频腔，束流每转一圈提供一个140 kV的峰值加速电压。引出前，脉冲100毫微秒长，彼此间隔230毫微秒。质子束流大约要在同步加速器中运转10000圈，然后才偏转进入质子引出束流线。通过3个快速冲击磁铁，可以作到这一点。冲击磁铁的电流在100毫微秒的时间内从0上升到5 kA。整个加速过程在1秒内重复50次。

散裂

散裂靶由重金属钽制作而成。质子轰击靶材料中的原子核，触发原子核内的级联过程，使单个原子核处于高激发状态。然后，通过蒸发核子（主要是中子），原子核释放出能量，有些会离开靶，而其他的则继续进一步触发反应。送到靶的每个高能质子产生大约15个中子。该过程产生的中子一般都有很高的能量和速度，必须降下来才能用于凝聚态物质的研究。靠靶周围的一组小的含氢减速剂可作到这一点。这些减速剂利用氢的大散射截面通过与氢原子核的不断对撞使通过的中子减速下来。减速剂的温度决定产生的中子的谱分布，可以为不同类型的实验进行修改。ISIS的减速剂为环境温度水（43°C）,液态甲烷（100 K）和液态氢（20 K）。  

ISIS脉冲源产生的中子特性与连续核反应堆源产生的中子有很大的不同。特别是多色中子束流上采用了飞行时间技术，直接决定了每个中子的能量和波长，允许采用固定散射几何结构。在能量和动量传输中，信号噪音水平好，测量涵盖广泛的谱，初始0.4微秒的中子脉冲锐度由小的减速剂保持，给缓冲谱一个丰富的高能成分，或使仪器获得高分辨率。  

缪子在一个轻元素的高能质子和原子核对撞中产生。ISIS还通过同步加速器的800 MeV质子在到达中子主要产生区强前穿过石墨中间靶产生强的脉冲缪子束。一小部分质子与碳原子的质子或中子发生对撞，产生短寿命带电荷的π介子，半寿命为26毫微秒，衰变成缪子。已在产生靶表面衰变的π介子产生自旋极化缪子束，称为正缪子表面缪子束，与中子靶一样，重复频率也是50 Hz。

除了在主靶中产生中子外，π介子和缪子衰变产生大量的中微子。称为KARMEN的实验旨在利用脉冲结构的性质研究基本粒子问题。  

中子散射的研究成就

过去40年中,从对绝缘体和稀土金属中反铁磁的基础物理研究开始，利用中子散射的研究范围远远超出了人们当初对此技术的期待。

聚合物和软物质 

对软固体处理进行实时中子研究为许多工业上的加工工艺从合成物到胶体做出独一无二的贡献。

无序材料 

中子散射改进了我们对无序晶体材料、玻璃和液体的认识–这对光学通讯、化学和生物化学工程、食品科学以及医药和分子生物学都至关重要。

结构化学

对具有工业规模的样品（例如监视真实电池的放电）进行现场和快速实时测量的能力加强了我们对产品合成和运作的基本了解。

化学的活性度和分子运动

中子被用来研究界面化学反应的动力学和影响清洁技术和废物管理的新催化工艺。  

生物学和生物技术

中子可研究围绕DNA的水的结构，重要地了解大规模的构造。中子反射提供流体跨过薄膜的信息。  

地球和环境科学

对高温高压时复杂矿物的结构研究，可了解地质的基本过程，如火山活动和地震。

工程

中子可深入研究固体物体，像涡轮叶片、气体管道和焊缝，独特地微观了解这些关键工程部件运行寿命的张力和应力。

凝聚态物质物理

利用中子研究钠米粒子、低维系统和磁性影响下一代计算机技术（量子装置）和超导材料。

基本物理

脉冲中子源也是强中微子源，可对物质的基本组成部分开展基础研究。

科学计划

ISIS作为提供中子和缪子脉冲束流的用户装置，开展从亚原子到宏观分子微观级凝聚态物质结构和动力学的研究，并且还为开展基础物理研究提供强大的中微子源。

得到全面支持的专用仪器能使访问团组在自己单独的研究计划中利用中子和缪子技术，这种研究计划往往是国内实验室所做工作的补充。ISIS科学计划包括基础和战略研究，涉及学术界和工业部门在许多主要科学学科方面的合作。ISIS上开展的实验通过同行评议，每年完成的实验超过600个。ISIS是个大型装置，但为探索“小”科学提供许多机会。

DNA周围水的结构

氢原子构成多数生物上活性化合物的表面，如果要知道药物在体内如何作用，了解它们的准确位置和行为是十分重要的。

中子特别善于寻找氢原子的位置。例如，围绕DNA双螺旋结构的水分子结构，生命分子可以显像出来。图像显示水分子是兰色的，DNA的构架从图像左下部开始往上以明亮的股线形式出现。当通过降低样品周围的湿度，使水从股线周围去掉时，利用中子可以测量DNA结构的变化。

三、正在RAL建造的第三代同步辐射光源 DIAMOND

Diamond属第三代同步辐射光源，是使科学家在原子和分子水平研究物质结构如生物组织、聚合物和催化剂最先进的科学装置。这些研究可帮助他们，譬如设计药物和高技术材料，研究环境问题如气候变化。  

Diamond的心脏部分是个大的环型加速器，称为同步加速器，或更确切地说储存环，能够在穿透力很强的X射线到远红外辐射的所有波长放射出亮光。只有头发大小能量为3 GeV的电子束由一系列强磁铁引导沿储存环运动。

通过光束线，所选波长的光的窄、强束流可从储存环引出来，用于不同类型的实验。因此，Diamond是一台极具多种用途和价值的实验工具。

该装置正在RAL建造。与其他支撑的实验室一起，它将成为巨大的整套科学装置的一部分。第一批光束线将于2006年投入使用。

英国政府通过贸易工业部和Wellcome信托基金会（一个独立的为研究提供经费的慈善机构，旨在改善人类和动物的健康–译者）联合建造和管理 Diamond。成立了一个称为Diamond光源有限公司的合资公司来管理这一项目。该公司的股东，即研究理事会中心实验室理事会和Wellcome信托基金会按股份持有的比例（前者为86%，后者为14%）以2001年9月的价格分担2.35亿英镑的建造费用。

Diamond是世界上采用先进技术、能产生令人难以置信的主要是X射线和紫外线光强束的几个第三代同步辐射光源之一。这些光源包括法国的欧洲同步辐射光源、美国的先进光子源和日本的SPRING-8。它是英国第一台第三代同步辐射光源，能够对那些设施予以补充，为英国和国际科学小组提供无价的最先进的研究工具。该装置还是在25年建在Daresbury实验室现仍在运行的同步辐射源（SRC）的补充。

四、空间科学与技术

运行卫星控制中心

RAL实验室运行自己的卫星控制中心已经多年，先是为英国卫星Ariel V和VI,然后作为IRAS的主要卫星站。后来RAL为构成多国AMPTE任务一部分的UK-S子星起到了类似的作用。

1980年，RAL从美国宇航局（NASA）获得一个直径为12米完全可以改变位置的S型天线，还获得一套完整的JPL IIIc组合式的S型遥测装置和指令系统，该系统曾在马德里跟踪站执行跟踪阿波罗任务。现在的任务是支持美国国家海洋和大气管理局（NOAA）用于监测实时太阳风的卫星ACE。该卫星测量太阳风的成分，磁场和来自其他地方的粒子。包括RAL在内的世界上各地的监测站昼夜搜集来自ACE的数据，为NOAA提供预报可能破坏在轨道运行的卫星、地球的功率分布和通讯系统所需要的信息。

提供模拟宇宙条件的测试设备

RAL除提供模拟宇宙条件的测试设备外，还协助客户确定和了解测试技术要求；帮助设计和加工测试固定设备；使RAL的设备满足客户的要求；提供费用和进度信息；确保可靠服务，保证工程进度；进行现场测试评估。

Starlink–利用计算机处理和分析天文学数据

Starlink的主要宗旨是：

l 提供和协调英国天文学界、太阳地球物理和太阳科学家在研究中使用的先进的相互作用数据 压缩和分析工具；有Starlink自己的软件，在加上诸如IRAF，AIPS和IDL这样的软件包，成为世界上的最佳工具。

l 确保这些工具与e科学中像AstroGrid这样一些新的主要的动议和ESO这样的主要观测设施。

l 鼓励软件共享和标准化，防止不必要的重复劳动。

l 为系统运行提供咨询，提供硬件采购和维护服务，办理商业软件许可证交易。

五、中心微型结构装置

RAL的中心微型结构装置以电子束光刻为基础，为大学和工业界提供最先进的微加工服务和研发设备，利用先进的技术研制和加工样机。中心微型结构装置为学术界和工业界以及工业部门之间的合作提供良好的技术转让机会。

六、Chilbolton观测站

Chilbolton观测站是Chilbolton大气和无线电研究设施（CFARR）所在地。CFARR为英国和欧洲科学界提供先进的雷达和其他支持高质量无线电、大气科学和雷达研究的陆基遥感设施。通过提供标定和核实的数据产品改进天气预报，了解气候变化以及大气对通信系统的影响，理事会各界和其他客户的需要。

CAMRa（Chilbolton先进气象雷达）为3 GHz多普勒极化雷达，是CFARR的主要设施，是世界上最大的可完全转变位置的气象雷达。其他的雷达、激光雷达和气象仪器为研究云、冰和雨提供一个强大的系统。

七、能源研究机构

能源研究机构在风能研究方面国际上享有一定的声誉，研究的题目包括空气动力学、强电电子学、飞轮和电池能量储存、控制系统、材料测试、预报、风流速模拟、已建环境中的风能，以及计算机模拟。

最近，能源研究机构将其研究扩大到其他再生能源，如光电能和一般与能量有关的包括气候变化对能量使用、可持续性和能量效率的题目。它还管理一个测试场，那里有2个主要的实验风涡轮、2台柴油发动机、2个风轮、电池储存、1块光电板和3个气象塔。

能源研究机构代表工程与物理科学研究理事会（EPSRC）管理备用工程仪器。备用的仪器由持有准许证和大学生身份使用的便携式的研究仪器组成。持有EPSRC准许证以及生物技术和生物科学研究理事会给予经费支持的用户，可以免费使用1-3 个月。英国学术界的其他成员需要使用时，要支付适当的租借费。这些仪器要运输和展示，但用户在租赁这些仪器期间，不承担将其用于自己的工作和运行的责任。用户还必须提供适当保险，防止仪器在自己手中时发生意外损坏和被窃。要了解这些仪器的详细情况，请读TECHNICAL GUIDE。

八、无线电通信研究机构

无线电通信研究机构（RCRU）从事无线电波传播、无线电通信和天文学方面广泛题目的研究。大部分无线电波传播方面的研究由无线电通信局提经费支持。越来越多的工作由其他机构提供经费，像NERC、EPSRC等。

RCRU多数研究工作由在Chilbolton的小组承担。设备包括安装在可完全改变位置的25米天线上的多频率和多参数雷达系统、实验毫米波系统，天文传感器和一台紫外垂直探测激光雷达。距Chilbolton 8公里处，有一台多频率卫星接收系统。

在RAL实验室的RCRU承担多数的分析和模拟工作。研究帮助改进无线电波传播样机，创建新颖的通信概念。这些对规划无线电通讯和管理无线电波谱非常重要。  

九、分子谱装置

分子光谱装置为涉及红外、可见和紫外线光谱研究的科研人员提供世界水平的科学设备和支持。这个复杂的装置被许多国际学术界和工业部门的研究小组用于从事广泛的科学研究与开发项目。在RAL受到国际尊敬的空间科学与技术部的称职人员提供必要水平的科技支持、培训和设备开发，以满足所有客户的需要。

分子谱装置的谱仪心脏部分由2个高清晰度的傅立叶分离变化谱仪和3个高灵敏度多通道谱仪组成。这些谱仪提供对光吸收、发射和散射宽带测量，涉及从红外线10cm^-1到深紫外线55000 cm^-1。分子谱装置激光安全区可使用激光设备进行谱或光的调整。

傅立叶分离变化谱仪

 Bruker IFS 120HR傅立叶分离变化谱仪的最大光径差为6米，光谱的清晰度为0.0015 cm^–1，红外线区的析像力大于100万。该仪器特别适于研究气体和蒸汽的详细谱。可对从毫秒到微秒(10^-3-10^-6秒)的时间范围进行时间析像测量。Bruker IFS 66v/S傅立叶分离变化谱仪更适合固体、液体和气溶胶样品的谱，0.12厘米的最高清晰度通常就足够了。该仪器轻便，适于进行野外测量。这两种傅立叶分离变化谱仪由完全联网的个人计算机控制，可在真空下清洗或运行。升级方案包括步进扫描、FT-Raman、FT-显微术、FT-NIR、毫微秒时间解析、光声和反射谱。

多通道谱仪

分子谱仪装置的3个高灵敏度光纤小型谱仪可以测量接近红外到紫外波长（200-1100毫微秒，时间分辨率到3毫秒）的低强度信号。2个CCD谱仪涵盖这一波长范围，分辨率为0.6毫微秒，第三台二极管阵列谱仪运行在350-850毫微秒之间，分辨率为1.2毫微秒。

样品单元

分子谱仪装置在光学上与许多温度可变谱单元连接。这些单元通过样品提供5个数量级的光道长度，从1毫米到1公里。这些单元由不锈钢或玻璃建成，可用来对腐蚀性或活性样品进行研究。为在有兴趣的波长获得最佳性能，单元的光学部件随时可以变换。为实现数据自动获取，所有单元都可与适度的温度、压力和湿度传感器组合在一起，有各种样品处理和合成的系统。

长通道-长度吸收单元

RAL的长通道-长度吸收系统是个9米长的不锈钢器皿，在长光学通道-长度32米到1公里多处，装有宽带高清晰度谱学多路反射光学设备。自动记录在计算机上的单元温度，可控制在190和320K之间任何一点上，冷却也可控制到77K。一个先进的高真空系统能够确保所有外部光学通道都可抽空。

短通道-长度吸收单元

短通道-长度吸收单元在中等通道-长度1.6-20米处装有宽带高清晰度谱的多通道反射光学设备。单元的温度可定在190和373K之间任何一点，不锈钢器皿内的气压可高达500 kPa。

气溶胶单元

有一个容积为75立方分米的单元用来在实验室里生成和研究广泛气溶胶系统的化学、物理和光学性能。气溶胶粒子的温度在180到350K之间，允许对不同状态（非结晶和结晶的固体和液体）和气体状态的组成部分进行研究。

其他设备

l单通道谱学单元，光通道-长度1毫米到26厘米，有一个对撞-冷却单元，用来研究低温超冷却气体和蒸汽。

l宽带光源和外壳，包括水银放电（远红外/紫外）、碳硅棒（红外）、钨（靠近红外/可见光）、发光二极管（靠近红外到靠近紫外）、氙弧（紫外）和氘（深紫外）。

l 可调二极管激光谱仪。

l氦-氖和二极管激光准直设备、激光工作台和光学组件/架。

lBaratron测量计（10托-5巴）和湿度传感器。

l 大流量和自动阀控制器。

l电子测试/诊断设备，即数字示波管和各种电源。

l 蒸汽罩、旋转、衍射和涡轮真空泵系统和真空测试设备。

高能所科研处制作 内容来自侯儒成编译的资料及RAL网站