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北京正负电子对撞机重大改造工程

获奖项目:北京正负电子对撞机重大改造工程

  主要完成单位:中国科学院高能物理研究所,成都飞机工业(集团)有限责任公司,中信重工机械股份有限公司,中国科学技术大学,航天材料及工艺研究所,中国科学院理化技术研究所,中国科学院合肥物质科学研究院,湖北汉光科技股份有限公司,中国科学院上海硅酸盐研究所,中国科学院上海应用物理研究所

  推荐单位:中国科学院

  获奖等级:国家科技进步奖一等奖

  项目简介:

对撞机是一种先进的高能加速器,它将两束粒子加速到接近光速并进行对撞,用探测器测量对撞产生的次级粒子,研究物质微观结构及其相互作用规律。

北京正负电子对撞机(BEPC)是我国第一台高能加速器,在粲物理领域取得许多重要成果。为了发展我国在粲物理研究的国际领先优势,提出并实施了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ),设计亮度为(3-10)?1032cm-2s-1,是BEPC的30-100倍,是竞争对象美国康奈尔大学的正负电子对撞机(CESRc)设计值的3-7倍,建设内容包括注入器改造、新建正负电子两个储存环、新建北京谱仪BESⅢ和通用设施改造等。

BEPCⅡ于2004年初开工,2008年按计划建成,2009年7月通过国家验收。BEPCⅡ发展了数十项关键技术,共授权发明专利14项,其他知识产权28项,出版专著两本,其主要科技创新可概括为:

1、突破双环对撞机设计与建设的难关,攻克系列核心关键技术,峰值亮度达到CESRc的12倍以上:在较短的周长和窄小的隧道里创造性地实施了双环方案,成功实现了大流强、高亮度对撞;创造性地提出了超导插入磁体对撞区设计方案,在很短的距离内实现了高强度束流精确对撞;自主设计和研制了对撞机关键系统和核心部件,实现集成创新。

2、采用创新设计,发展先进技术,北京谱仪BESⅢ的总体性能进入国际前列:采用新型内外室方案,自行研制成功大型高精度漂移室;量能器采用晶体后吊挂的创新方案;设计研制成功大型超导磁体,并实现探测器系列关键技术突破。

3、采取有效措施和创新技术,实现BEPCⅡ高效运行、一机两用,成为在粲物理能区国际领先的高能物理实验装置:实现半整数附近工作点运行,解决高流强下的探测器本底和噪声的国际性难题,峰值亮度达8.53×1032cm-2s-1,为改造前的85倍,是CESRc前世界记录12倍以上,日均获取数据较改造前约提高两个数量级,实现大能量范围高效运行和高能物理与同步辐射“一机两用”。

BESⅢ合作组到2015年6月底,共获取了4.5亿ψ(3686)、12亿?/ψ、2.9fb-1ψ(3770)以及5fb-1质心系能量4GeV以上的事例,R值测量了120多个能量点,是2-5GeV能区世界最大的数据样本,取得了“首次发现带电类粲偶素Zc(3900)及其伴随态”、“发现新粒子X(2120)和X(2370)”、“首次观测到X(1870)”和确认X(3823)等重大物理成果,至2015年底共发表109篇论文,受到国际高能物理界的高度评价。

BEPCⅡ大大提高了同步辐射性能,实验站光强提高3-10倍,至2015年底,共为来自国内外255个研究机构的用户提供17轮、13683小时的同步辐射专用光,取得一批重要成果,用户共发表论文2072篇,其中一区论文244篇。

BEPCⅡ的成功建造发展了我国在粲物理研究的国际领先地位,为取得重大物理成果奠定了基础。

 

同步辐射前端区

 

同步辐射12号厅

 

狭窄隧道中的储存环双环

 

高能所自行研制的高性能正电子源

 

北京正负电子对撞机国家实验室鸟瞰

 

200米长的电子直线加速器速调管长廊

 

BESIII胜利安装就位

BEPCII对撞区实现全部贯通

 

 

 

 

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