聆听宇宙的脉搏 世界最强流深地加速器首发成果

聆听宇宙的脉搏 世界最强流深地加速器首发成果 字体： 小 中 大 分享到： 聆听宇宙的脉搏 世界最强流深地加速器首发成果 2021-12-20 08:53:47 来源：科技日报

“如果你去深度实验室，你可以体验最接近天体进化密码的奇妙旅程。通过地下2400米深处的一条10多公里长的隧道，在运转的仪器旁边，你可以随着放大的核信号的轻微闪烁，聆听宇宙的脉动。”在核天体物理领域探索了30多年的深核天体物理实验项目首席科学家、中国原子能科学研究院(以下简称原子能院)研究员刘卫平，谈起深核天体物理实验项目，眼中依然光芒四射，激情不减。“当我凌晨一点在实验场值班的时候，我第一次感觉到发现之门离我这么近。”

12月18日，中国首个深部核天体物理实验项目——朱纳-深部核天体物理实验，发布了首批实验结果。

核天体物理关键反应首批四项实验研究表明，测量灵敏度和统计精度高于国际同类装置，达到国际核天体物理直接测量的最大曝光量、最宽能量范围和最高灵敏度。至此，中国成为世界上第三个开展深部核天体物理研究的国家。

聚焦核天体物理学的圣杯反应

1983年诺贝尔物理学奖得主威廉·福勒(William fowler)曾说，人体内的大部分元素是碳(C)和氧(O)，在化学和生物层面已经基本了解。在核天体物理层面，我们不明白C和O是如何产生的。这个反应被称为核天体物理学的圣杯，也被称为生命起源的种子。对恒星的演化、大质量恒星的最终归宿、宇宙元素的丰富程度乃至生命的起源都非常重要。

“圣杯”反应也被全世界的核天体物理学家奉为心中的珠穆朗玛峰。

但是赢得圣杯很难。直接测量“圣杯”反应得到的数据误差最小，但反应极其微弱，能够屏蔽宇宙射线的实验场地成为核天体物理学家拿“圣杯”的必要条件。

创造最适合聆听宇宙声音的环境。

2008年，世界上最大的水电站17.5公里长的交通隧道正式贯通。这个消息立刻引起了刘卫平的注意。最大的地下隧道之所以如此吸引人，是因为隧道上方2400米厚的岩石层就像厚厚的幕布，遮住了宇宙射线，恒星中的核过程会在地下重新发出一点点光芒。

2015年，中国首个深部核天体物理实验项目获得国家自然科学基金支持。

在中国地下实验室、清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司的支持下，原子能所牵头集合中科院近代物理研究所、北师大等单位，在雅砻江公司水电站旁建立了世界上最深、最安静的实验环境下研究核天体物理的实验平台。

但是，仅仅依靠宇宙射线的深度屏蔽是远远不够的。

“在申请项目时，虽然团队在加速器、探测器、大功率靶、离子源等方面有一定的能力和经验，但都局限于地面，深度经验几乎为零。”地球深部核天体物理实验项目副总指挥、原子能院核物理研究所所长郭冰说，实验设备需要重新研制。

刘卫平的科研热情吸引了一大批科研人员。

中国科学院近代物理研究所成功研制出先进的紧凑型永磁结构ECR离子源，束流强度可达10 mA，是LUNA(意大利深地球核天体实验平台)的10倍。同时，原子能所研制成功的短间隙加速管实现了强流束的高效传输，束流能量稳定性优于5/10000；原子能所与北师大合作成功研制BGO探测器阵列，探测效率达到70%，分辨率达到国际同类装置最好水平。原子能所研制的高功率靶，靶功率为4kw/cm2 (kW/cm2)，完全满足强流束实验的要求。

《毛坯房》中“抓取”的创新

2020年初，二期实验室具备基本运行条件，项目组获准于2020年9月底至2021年3月初在地下实验室开展实验研究。

此刻，地下实验室是一个空巨大的空白房间。

我们可以利用这个宝贵的窗口进行实验吗？团队的意见分歧很大。否定的声音认为不可能，因为时间太短，加速器等设备都是精密仪器，安装调试都是以年计算的。短短五个月，别说做实验，就是实现设备束出都是巨大的挑战。

在充分听取了团队的意见后，刘卫平坚持:“这个事情一定要做，值得冒险。”在他心中，科学发现从来都是第一位的，而不是第二位的。

为了在极短的时间内完成设备安装调试，留出足够的时间进行科研和实验，项目成员不得不争分夺秒，多次往返于北京和四川西昌之间。从北京到西昌大凉山，相距2000多公里。除了三个小时的飞行，还有近三个小时的盘山路。项目组将设备从北京拆卸到西昌地下实验室。

“不允许有任何错误。任何备件都会影响计划的进度。哪怕是一颗螺丝钉，加上新冠肺炎疫情的影响，都是一项艰巨的任务。”郭冰说。

好事多磨。通过百日大会，他们比计划节点提前5天完成了设备的安装调试。

2020年12月26日，朱纳强流加速器装置在实验室A1实验大厅射出一道光束，一束明亮的黑光刺穿屏幕，这被认为是第一缕光线环住了圣杯。

随后，四个核天体物理关键反应的成功直接测量取得了显著的创新成果。

对于JUNA项目团队来说，首批实验的创新成果表明，该团队研制的世界最强深空核天体物理加速器已成为该领域具有重大国际影响力的实验平台，中国首次走向国际核天体物理舞台的中央，向圣杯反应迈出了坚实的一步。(记者陈郁)

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