博文
科学的引擎——带您了解大型科学技术装置：粒子加速器(零)
|
一直想有个机会可以将加速器这个小宝贝介绍给更多的大众和科研工作者，因为接触加速器领域到现在不到两年时间，发觉国内的科研工作者和大众对粒子加速器所知甚少。我们和西方（美欧日）科学环境的完善相比，还有相当的思想和现实的距离要走。对于一个与科学研究密切相关的大型平台性科研装置，我们的重视远远不够。当然每个具体的领域都是值得重视的，科学是一个整体，科技也是一个整体。
我对加速器不是专家，仅仅是个刚刚接触懵懵懂懂充满好奇的小孩儿（感觉味道不对^<^）。很多方面也不是完全了解，只能尽我现在的知识面和理解程度来写我的文章了。各相关实验室和研究机构网站上都有比较详细的对于加速器的各种或有趣的或枯燥的或专业的或科普的介绍。下面我会逐步给出一些详实的参考出处的。
我的题目“科学的引擎”是引自一老外（大牛）的书籍：
Engines of Discovery
——A Century of Particle Accelerators
by Andrew Sessler and Edmund Wilson
我们都在努力，如同每个真正热爱中国科学事业的人一样，如同我们的前辈们一样，在为中国的科学事业的完善不懈努力着。
--------------- -------------------
坦率的讲，加速器是一个集科学、技术与工程为一体极为复杂的系统装置。为了介绍清楚加器这个大家伙，不至受到专业束缚，我打算按照它的功能划分为几个小节分别来介绍：
（1）加速器的工作原理、技术和工程层面，综述加图片的方式展示一个科学与技术完美结合的、充满激情与挑战的、庞大复杂而又高精尖的加速器系统。
（2）分别介绍，用于高能物理和核物理的加速器
一般来讲，全世界现有八大高能物理实验室。而现在最令全世界人关注的莫过于欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC: Large Hardon Collider）了。对撞机就是两个加速器按照相反的方向上的组合。近代粒子物理和核物理几乎就是在加器的发展基础上逐步发展起来的，从而也带动了一系列相关的学科：如半导体集成电路，与现代信息论和控制论相结合便带来了人类的第三次信息工业革命。也使得人类认识自然认识宇宙认识自身的程度大大深入了。
（3）用于同步辐射的加速器
同步辐射是指电子在环形的轨道里面转弯时相当于受到了一个指向曲率中心的加速度，从而会发出强烈的光子束辐射，因为最早是在一种叫做“同步加速器”上面发现的，于是沿用这个名字。全世界现在有大大小小几十个同步辐射装置，其发射出来的优质的光子束为生物化学等微观结构的观测带来了非常优异的条件。据不完全统计，80%以上的蛋白质及DNA分子都是在同步辐射光源上来确定其成分组成的。
（4）用于自由电子激光的加速器
光束质量平均高于现有同步辐射1亿倍的新型科学研究平台和探测装置。
（5）用于散裂中子源的加速器
可控发出中子的装置，用中子来探测物质结构组成。
（6）其他一些大科学研究装置与结语
============================================
大背景
首先简单看看国际上各主要科学研究组织的架构，拿美国为例。美国的国家实验室是美国实力最雄厚的科学研究基地，一般由美国能源部（DOE）和军方（如NAVY）来支持和管理。美国能源部下属的十几个国家实验室（National Laboratory）就我所知，至少9个是有自己的粒子加速器并以加速器为研究平台来做科学研究的，包括：
-
Fermi National Accelerator Laboratory* at Batavia, Illinois
其中几个是当年参与曼哈顿计划做原子弹，比如Argonne、Los Alamos、Lawrende Livemore等。也有做粒子物理研究的Fermi、Standford LAC（现在高能物理研究停掉专做同步辐射和自由电子激光了）。很多加速器装置都对大学和企业开放使用。
值得一提的是，由美国六大国家实验室共同承建的美国散裂中子源，位于橡树岭国家实验室——美国中子学研究中心，刚刚成功对实验用户开放。美国已经将其国家纳米科研中心和国家超级计算中心全部搬到了橡树岭的散裂中子源旁边，其国家未来科研战略方向可见一斑。
参考橡树岭国家实验室网站：http://www.ornl.gov/
下面四幅图分别是SNS的离子源（LBNL承建）、超导直线加速器（Thomas Jefferson - JLab）、超导直线加速器（LANL）以及粒子储存环（BNL承建）。看着很爽！男人看了是不是有点血液喷张的感觉~呵呵 ~
至于欧洲国家，各个富得流油，科研更是以欧盟为框架实行全面合作来“对抗”强大的老美，如果科研也有“竞争”的话。而且随着LHC的开启，国际高能物理研究中心已经由美国转向了欧洲。而加速器物理和技术则在科学实验的近乎贪婪一般不断提高的测量要求和以信息技术为代表的不断提高的技术水平基础上，其性能、规模也不断的一次又一次的刷新着科学与技术的极限。
除了CERN的LHC等加速器系统，在欧洲光源、瑞士光源等一批优秀的光源上得到的令世人惊喜的科研成果不断的出现在Nature、Science等国际顶级科学杂志上。还有刚刚上马的欧洲自由电子激光项目XFEL，将与SLAC的自由电子激光项目LCLS、日本的Spring-8 XFEL以及美国的SNS、日本的J-Park、英国的ISIS等散裂中子源一起，引领全球科学与技术的又一次新的革命。
像不像科幻电影里面的科学狂人的实验室？
呵呵，不过这才确是现实里的科学狂人们追求的样子。
下面会逐一介绍，这些小宝贝们在科学研究中的广泛应用……
--------------------------------------
--Bleuleaf
https://blog.sciencenet.cn/blog-200301-206011.html
上一篇：寻找地外文明？是个问题……
下一篇：科学的引擎——带您了解大型科学技术装置：粒子加速器(一)
