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北京正负电子对撞机重大改造工程圆满完成(科学时报)
2009-09-10|文章来源: |【
 

原文链接:http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/5/219440.html

 

[科学时报 张巧玲报道]5月13日凌晨,北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)的对撞亮度在1.89GeV能量下达到3.01×1032cm-2s-1,胜利达到亮度的验收指标。此前,BEPCII工程的直线加速器、探测器和同步辐射专用光运行均已达到设计指标。至此,历时5年、耗资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程圆满完成。

中科院高能物理研究所所长、北京正负电子对撞机重大改造工程经理陈和生介绍,5月19日,中科院组织有关专家对BEPCII的储存环性能进行了工艺测试,中国科学技术大学何多慧院士担任专家组组长。现场测试结果表明BEPCII主要性能“亮度”达到了3.2×1032cm-2s-1,超过了验收指标。BEPCII的性能已比改造前提高30多倍,是这个能量区域里美国康奈尔大学的加速器CESR曾创下的世界纪录的5倍。

陈和生介绍,BEPC是在邓小平同志亲切关怀下建设的国家大科学工程,建成后迅速成为在30亿到50亿电子伏特能量区域居世界领先地位的对撞机,获得了大批重要的物理成果,成为国际高能物理界的热点之一。国际高能物理的发展要求BEPC进一步大幅提高加速器和探测器的性能,实现更加精确的测量,去回答高能物理实验领域许多重大的问题,探索新的物理现象。

从1999年开始,北京正负电子对撞机未来发展的预先研究已经开始。改造工程最初计划采用单环方案,使用麻花轨道实现多束团对撞,亮度提高一个数量级左右。但由于受到BEPC丰硕科研成果的吸引,2001年美国康奈尔大学把一台原先在高能量下运行的对撞机转到BEPC的能区工作(称为CESRc),主要设计指标对撞亮度与BEPC改进升级的目标相同。但是他们采用短平快的方法,声称能在2~3年内达到设计目标。实际上,他们的短平快方法并不成功,CESRc只达到了设计性能的1/5到1/8。

“然而在当时,如果BEPCII不改变方案,大幅度提高效能,我们将失去国际竞争力。”陈和生介绍,面对严峻的竞争,为了继续保持在国际高能物理研究上的优势,中国科学家接受挑战,迎难而上,提出了新的改造方案。

采用最先进的双环交叉对撞技术改造对撞机,设计对撞亮度比原来的对撞机高30~100倍,远高于康奈尔大学对撞机,使BEPCII将在世界同类型装置中继续保持领先地位,成为国际上最先进的双环对撞机之一。这个方案的验收指标是将性能提高30倍,难度极大。

这个方案得到了科学界的支持和国家的批准,并在2004年初开工建设,称为北京正负电子对撞机重大改造工程。研究人员在参考国际先进的双环方案的基础上,根据“一机两用”的设计原则,巧妙地利用外环提供同步辐射光,并将硬X光的强度提高了一个数量级,满足广大同步辐射用户的需求。

BEPCII工程于2004年1月动工,计划工期5年,改造的主要目标是提高对撞机的性能,使粲物理数据增加两个数量级。

“我们边建设边提供同步辐射光,创国际先例。”陈和生说,尽管工程建设和调束的时间十分紧张,高能所仍坚持以国家需求为己任,考虑到上海同步辐射光源尚未建成,为了保证国内广大同步辐射用户研究工作的需要,主动将工程建设分为三个阶段:直线加速器改造、储存环改造和探测器改造,并克服重重困难,在每个阶段都插入同步辐射运行,最大限度地减少工程对同步辐射用户造成的影响,创造了在大型加速器的建设过程中提供同步辐射专用光服务的国际先例。

今年4月下旬,开始本轮调束前,BEPCII/北京谱仪III进行物理数据采集,仅用不到一个月的时间,就获得了1亿 ψ(2S)衰变事例,是目前世界上最大的在ψ (2S)共振峰上采集的数据样本,数据质量非常好。而改造前获取1400万事例要用三个多月的时间。

“BEPCII挑战加速器建设和调试的难度极限。”陈和生透露,国际上成功的双环电子对撞机的周长一般在2公里以上,而北京正负电子对撞机(BEPC)储存环的周长短,只有240米。隧道原来是给单环设计的,空间狭小,现在要在隧道内给正负电子束流各做一个储存环,设备拥挤到了极点。国外成功的双环对撞机是在80米距离内实现电子对撞再分开,BEPCII的对撞区非常短,必须在28米内实现。

其次,多项先进技术为首次应用。为了继续保持在τ—粲物理能区的先进性,工程采用大量国际上的顶尖技术,而许多技术、设备是国内从未有过的,而高能物理对撞机的加工精度往往比航天、航空领域的要求还要高。比如,对撞机必须使用多种先进的超导设备,大多为国内从未有过的,并为此建立大型氦低温系统。其他首次应用的技术还有加速器建造中的横向反馈系统、超导高频系统、超导磁铁、全环轨道慢反馈、束团流强检测控制,探测器建造中的高分辨率晶体量能器、小单元氦基气体漂移室、大型螺线管超导磁体、阻性板室(RPC)等。

据悉,BEPCII对撞亮度达到验收指标的消息传出,世界各大实验室的加速器专家,如欧洲核子研究中心(CERN)的副所长Steve Myers、大型正负电子对撞机LEP和大型强子对撞机LHC的调束运行负责人CERN的Paul Collier博士、美国布鲁克海文实验室(BNL)的著名加速器专家翁武忠博士、美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)的赵午教授等纷纷在第一时间发来邮件表示祝贺。

 

《科学时报》 (2009-5-20 A1 要闻)


 
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