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地位,成为国际上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,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**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**技术,而许多技术、设备是从未有过的,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,大多为从未有过的,并为此建立大型氦低温系统。其他**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SteveMyers、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PaulCollier博士、美国布鲁克海文实验室(BNL)的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时间发来邮件表示祝贺。
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