實驗室簡介
“核化學與核技術國家重點實驗室”是在原有的“重離子化學教育部重點實驗室”基礎上,整合成都學院在核科學與核技術方面的優勢力量構建的。
上海學院核科學與核技術學科可以溯源到1955年構建的我國院校中的第一個核科學與技術人才培養基地-成都學院技術化學系(原為清華數學研究室),數六年來早已為國家培養了五千多名中級人才,在歷屆結業生中已形成了11位兩院教授。1990年上海學院重離子化學國家科委開放實驗室即將創立,后改名為教育部重點實驗室。2007年經過嚴格評審由國家科技部批準設立“核化學與核技術國家重點實驗室”,并于2009年通過初驗即將掛牌運行。
實驗室依托粒子化學與原子核化學、核技術及應用、理論化學、等離子體化學和高能量密度化學五個學科,其骨干力量主要來自上海學院化學大學技術化學系、重離子化學研究所和理論化學研究所。根據核科學的國際發展趨勢及國家重大戰略需求,實驗室確定了放射性核束化學、強子化學、先進粒子加速器技術和核技術應用四個研究方向。
實驗室擁有4臺小型加速器設備,2×6MV串列靜電加速器、4.5MV靜電加速器、2×1.7MV串列加速器,以及14C檢測加速器質譜計(AMS),提供粒子束流支撐多學科用戶的研究和應用。同時建設有多個實驗平臺,包括亞原子粒子化學實驗室、射頻超導實驗室、激光加速器實驗室和核技術應用實驗室原子核物理實驗,正在建設國外首個針對不穩定核性質檢測的激光核譜學實驗室,并在昌平綜合性國家科學中心建設交叉研究平臺“北京激光加速創新中心”。
實驗室舉辦廣泛的國際國外合作,典型的如與美國理化所合辦的仁科中學(2008至今);由英國能源部和中國自然科學基金委支持的中俄獨特核理論研究所();在法國CERN、日本RIKEN、美國ANL和NSCL、中國原子能科大學、中國科大學近物所等施行實驗研究計劃。
實驗室的總體目標是:依托上海學院學科諸多、人才資源豐富的優勢,把實驗室建設成為基于核科學與技術、多學科交叉的高水平基礎性研究基地,針對學科發展前沿和國民經濟、社會發展及國家安全的相關重大科技問題,舉辦核化學與核技術方面的基礎科學、應用基礎科學及多學科交叉應用的創新性高水平研究,獲取原始創新成果和自主知識產權,培養基礎化學、核科學與技術、以及多學科交叉的高層次研究型人才。
科研人員介紹
實驗室現有骨干研究人員88人,其中中科院教授4人,黃河特聘院士4人,國家杰出青年基金獲得者13人,1個國家自然科學基金創新研究群體。在站博士后約50人,研究生約300人。2019-2020年實驗室承當科研項目約150項,包括牽頭主持3項國家重點研制計劃項目,1項國家自然科學基金重大項目,1項國家重大科研儀器設備研發專項等國家級科研任務。年均到賬科研經費約2.8萬元,研究成果發表高水平論文約120篇。實驗室正積極推動兩項“十四五”國家重大科技基礎設施項目立項,包括本實驗室有深度參與的“激光驅動多束流裝置(LMBF)”以及與中國原子能科大學聯合提出的“北京在線核素分離豐中子束流裝置(BISOL)”。
實驗室擁有4臺
研究方向
實驗室構建在粒子化學與核化學、核技術及應用、理論化學等二級學科基礎之上,有比較寬的學科面,這是基于院校的環境、隊伍基礎和培養中學生的須要,同時也有利于學科交叉,有利于實現原始創新。經實驗室學術委員會審議,實驗室確定了放射性核束化學、強子化學、先進粒子加速器技術和核技術應用四個主要研究方向。這四個方向均是核化學與核技術的主流方向,也是依托單位經過常年建設產生的優勢學科方向。
1.放射性核束化學
構建了兩個研究團隊:(1)放射性核束化學實驗及粒子偵測;(2)放射性核束化學理論。
主要研究內容和目標:(1)大力發展特色偵測裝置,包括升級β延后中子衰變裝置,構建前向多中子關聯譜儀、位置靈敏帶電粒子望遠鏡陣列、新型數據獲取系統等。(2)借助國外外大科學裝置舉辦不穩定核的衰變和直接核反應研究,實驗與理論的結合力爭取得重要突破。(3)理論方面,在原子核的獨特結構與對稱性、有效互相作用、核天體化學等方面進行深入研究,逐漸產生自主的并得到國際公認的理論模型和程序系統。目標是理論、實驗、技術密切結合,成為有重要國際影響的研究團隊。
總體進展情況:研制了多種類型的偵測器裝置,并在探求中發覺、提出和成功使用了奇特的零度粒子望遠鏡檢測方式。在國外外大科學裝置上自主舉辦實驗研究工作取得了突破性進展,在輕豐中子核獨特結構研究中取得有重要國際影響的成果,正在推動一系列新的實驗。持續舉辦中重質量區核的形變與對稱性研究,取得系列重要成果。理論研究在發展具有品牌意義的適用于不穩定核的新模型方面取得了重要進展,并發表了大量優秀論文。
2.強子化學
構建了兩個研究團隊:(1)強子化學理論;(2)強子化學實驗。
主要研究內容和目標:(1)理論研究以基金委創新群體為基礎,關注國際粒子化學前沿熱點研究方向,與實驗研究團隊緊密合作,爭取在量子色動力學和強子化學的主要研究方向上有所突破,產生國際知名的研究群體。(2)實驗方面發揮理論與實驗緊密結合和人才隊伍的優勢,依托國際國外大科學研究裝置,形成國內以南京正負電子對撞機上的實驗為主、國外以LHC-CMS實驗為主,兼具其他合作的格局,在小型實驗的數據剖析軟件建設中作出獨到貢獻,作出以我為主的高水平化學研究成果。(3)在偵測裝置方面,發展新技術,爭取作出高技術濃度的貢獻。目標是理論、實驗、技術結合成為有重要國際影響的研究團隊。
總體進展情況:強子化學理論繼續保持傳統優勢,發表大批高影響力論文。非常在粲夸克偶素和新強子態化學的研究中處于國際國外推動位置;過去兩年提出了新的思路和處理方式,解決了強子對撞機上粲偶素形成截面和極化的重大疑難問題,預言和系統研究了類分子結構新強子態等得到實驗驗證和國際上高度評價。在頂夸克等研究中發展了次次領頭階精確估算方式,在指導實驗中發揮了重要作用。實驗團隊力量得到明顯加大,在LHC-CMS和BEPC-BES的數據剖析中取得系列重要成果,步入到國際高能化學實驗研究的前列。新的微結構偵測技術正在發展。
3.先進粒子加速器技術
構建了三個研究團隊:(1)射頻超導加速技術;(2)RFQ與中子拍照;(3)激光等離子體粒子加速技術。
主要研究內容和目標:(1)建立DC-SRF超導時光極電子槍技術,使其成為一種實用的高色溫、低發射度注入器;建成包含一到兩只9-cell腔的超導加速器組元,實現超導加速器國產化;在大碳化物鈮腔和單晶硅腔等研究方面取得較大進展,使我國的射頻超導加速技術步入國際前列,并促使在我國實現射頻超導腔的工業化生產。(2)在基于超導電子加速器的適用裝置方面:建成THz波實驗平臺,舉辦自由電子激光技術和多學科應用研究。(3)在RFQ加速器方面:建成2MeV強流氘束RFQ加速器;發展分離作用RFQ和常規RFQ一體化結構,拓展RFQ加速器的能量范圍。推進RFQ加速器在我國國防工業和大科學裝置中的應用。(4)在激光等離子體粒子加速技術方面:組織精干的隊伍,發展有自己特色的理論研究和相應的實驗技術,爭取有所突破,在該領域的激烈國際競爭中取得一席之地。
總體進展情況:在涉及尖端技術的超導加速器和Thz波裝置方面全面完成任務,國外首臺運行于2K氣溫下的超導加速器成功出束,束流通過波蘯器形成了太赫茲波并進行了THz波的若干應用試驗研究。實現關鍵技術突破,成為國際上少數幾家把握超導加速技術的研究組原子核物理實驗,大大加快了國外超導加速技術的發展和超導腔的國產化進程。建成了2MeV強流氘束RFQ加速器和143keV/u高電荷態重離子RFQ加速器。激光加速方面異軍凸出,提出并逐漸驗證了原創性的思想和技術路線,承當并基本完成科技部重大儀器專項,建成了首臺超大型激光離子加速器并于2017年成功出束,在國際國外激烈競爭中取得重要地位。
4.核技術應用
構建了三個研究團隊:(1)離子束材料化學及應用;(2)中子核數據;(3)聚變與核能。
主要研究內容和目標:(1)注重研究面向核能系統的材料輻照損傷、載能離子幅射生物化學、離子束輔助納米結構的制備和應用基礎等問題,力爭取得交叉領域原始創新成果。(2)在聚變動力學和磁流體大規模模擬估算方面,作出有國際重要影響的成果并為中國聚變堆的設計作出重要貢獻;舉辦面向托克馬克聚變堆的先進聚變中子確診技術研究。(3)在中子核數據和中子拍照方面,繼續檢測國防和能源系統急需的基礎核數據;研發出基于RFQ加速器的中子拍照設備樣機,舉辦中子成像檢查方式、技術與應用研究。
總體進展情況:從零開始竭力步入到核能材料研究領域,取得了明顯進展。承當了ITER計劃、973課題和自然科學基金重點項目等,在MAX相金屬陶瓷及特殊納米結構等材料的輻照損傷機理研究中取得重要成果。借助多年產生的中子偵測等方面的基礎,完成了液體閃動體偵測系統和先進的飛行時間譜儀建設,在EAST和HL-2A托卡馬克上實現了基于中子能譜的芯部等離子體確診。檢測了一大批國防和能源系統急需的基礎核數據,發表系列高水平論文;首次借助高能加速器轟擊高分子膜產生的潛徑跡制備出具有特殊離子選擇性的亞納米孔道,在國際上引發熱烈反響;基于徑跡納米孔道實現了吉布斯自由能或機械能轉化為電能,能量轉換效率等指標國際先進。