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超級對撞機(jī)概念設(shè)計(jì)報(bào)告出爐

11月14日下午，大型環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)（CEPC）研究工作組正式發(fā)布了CEPC的《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》。

CEPC以秦皇島地質(zhì)結(jié)構(gòu)為參考，進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)研究，預(yù)期于“十四五”開始建設(shè)，并于2030年前竣工，預(yù)估將耗資300多億人民幣。按照概念設(shè)計(jì)，CEPC將是一個(gè)埋在地下100多米處、周長100公里的“大圈”，這個(gè)“大圈”由兩大部分組成，一部分是加速器，另一部分是探測器。

加速器主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生正負(fù)電子并加速，最終精確聚焦對撞、制造極端環(huán)境，產(chǎn)生具有科學(xué)研究價(jià)值的物理事件。其主要組成部分是一個(gè)小型直線加速器和一個(gè)與對撞儲存環(huán)同樣長度的增強(qiáng)器，把正負(fù)電子的能量提高到研究所需的值。能量達(dá)到研究所需后，粒子就會送入兩個(gè)儲存環(huán)進(jìn)行對撞。

探測器則相當(dāng)于具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，由多種不同的子探測器組成，用來記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子，同時(shí)，這個(gè)“照相顯微鏡”也會采用最新的軟件技術(shù)，與最新的大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等發(fā)展緊密相關(guān)。

在設(shè)計(jì)CEPC大致模樣的同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還規(guī)劃了前10年的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。最初的7年內(nèi)，CEPC將在質(zhì)心能量2400億電子伏特（240GeV）處運(yùn)行，以研究希格斯粒子。隨后兩年，CEPC將在910億電子伏特（91GeV）處運(yùn)行，以研究Z玻色子和重味物理。另外1年時(shí)間，CEPC計(jì)劃在1600億電子伏特（160GeV）附近研究W玻色子物理。

而在這10年后，CEPC未來可能的發(fā)展方向之一是升級為超級質(zhì)子-質(zhì)子對撞機(jī)（SppC），質(zhì)心能量將達(dá)到100萬億電子伏特（100TeV），以便在大范圍內(nèi)直接尋找新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。

EAST實(shí)現(xiàn)1億度等離子體運(yùn)行

近日，從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所自主設(shè)計(jì)研制的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”（EAST）實(shí)現(xiàn)了1億度等離子體放電。

繼2017年創(chuàng)造了101.2秒高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄后，EAST的2018年度物理實(shí)驗(yàn)面向未來聚變堆先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式的發(fā)展和長脈沖運(yùn)行下的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，重點(diǎn)開展了高功率加熱下堆芯物理機(jī)制研究的系列實(shí)驗(yàn)。

中國超級對撞機(jī)預(yù)期于“十四五”開建

科研人員通過優(yōu)化穩(wěn)態(tài)射頻波等多種加熱技術(shù)在高參數(shù)條件下的耦合與電流驅(qū)動、等離子體先進(jìn)控制等，結(jié)合理論與數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦；在電子回旋與低雜波協(xié)同加熱下，等離子體中心電子溫度達(dá)到1億度。

科研人員還開展了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，有效拓展了適應(yīng)于聚變堆高性能等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模式的運(yùn)行區(qū)間；在類似未來聚變堆條件下，實(shí)現(xiàn)了高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式，獲得的歸一化參數(shù)接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件；利用多種技術(shù)演示了類似國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）運(yùn)行條件下的邊界局域模及鎢雜質(zhì)的控制方法，實(shí)現(xiàn)了鎢偏濾器高約束模等離子體下穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷的主動反饋控制。

科研人員認(rèn)為，EAST本年度取得的這些實(shí)驗(yàn)成果為未來ITER運(yùn)行和正在進(jìn)行的中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆工程（CFETR）和物理設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與科學(xué)支持。

據(jù)了解，EAST是等離子體所自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克，瞄準(zhǔn)未來聚變能商用目標(biāo)的關(guān)鍵科學(xué)問題，近年來在高性能、穩(wěn)態(tài)、長脈沖等離子體研究方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。

“元器件使用可靠性智慧化解決方案”發(fā)布

11月9日，2018智慧化元器件與可靠性大會在北京召開，會上發(fā)布了“元器件使用可靠性智慧化解決方案”，有望使國產(chǎn)元器件的選用效率由兩個(gè)月縮短至5分鐘。

中國載人空間站工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘表示，以芯片、集成電路為代表的元器件是國家工業(yè)的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中重大裝備的基礎(chǔ)，是國之重器的核心關(guān)鍵之一。無論是載人航天的先進(jìn)載荷，還是國防科技工業(yè)的重大裝備，裝備的先進(jìn)性、可靠性和自主可控，都需要元器件的創(chuàng)新性、可靠性和國產(chǎn)化自強(qiáng)來支撐。

此次發(fā)布的“元器件使用可靠性智慧化解決方案”在國內(nèi)首次將元器件數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化；首次實(shí)現(xiàn)了“替代選型”智能化；首次實(shí)現(xiàn)了“統(tǒng)型”智能化；首次實(shí)現(xiàn)了元器件使用全生命周期管理互聯(lián)網(wǎng)化等。

該方案可使航天軍工設(shè)計(jì)師選用國產(chǎn)元器件的效率由兩個(gè)月縮短至5分鐘，其獨(dú)特先進(jìn)的算法、機(jī)器自主學(xué)習(xí)等，能夠?yàn)樵骷峁└珳?zhǔn)的選型和統(tǒng)型，并在保證型號統(tǒng)一、提升質(zhì)量、且盡量國產(chǎn)化的前提下節(jié)約驗(yàn)證成本。

“我們的核心成員都曾是載人航天頂級工程核心成員，在過去10余年間的元器件使用過程中，觸及到了許多行業(yè)痛點(diǎn)?！敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心可靠性保障中心主任、賽思庫CEO黨煒舉例說，比如大量數(shù)據(jù)依靠“紙”制介質(zhì)進(jìn)行傳輸與存儲，或者是基礎(chǔ)的信息化手段進(jìn)行處理；全系統(tǒng)全壽命周期元器件管理“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重；國產(chǎn)元器件信息化非常落后；嚴(yán)重依賴有經(jīng)驗(yàn)的專家人為把關(guān)等。

黨煒希望，通過此次大會，相關(guān)機(jī)構(gòu)能共同研討“智慧化”賦能下的裝備元器件使用與可靠性管理，分析目前元器件管理現(xiàn)狀以及如何結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，“智慧化”賦能裝備的元器件使用與可靠性管理，助力空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用智慧化發(fā)展，助推“航天強(qiáng)國”“質(zhì)量強(qiáng)國”“數(shù)字中國”等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

第三代半導(dǎo)體前景廣闊

香山科學(xué)會議聚焦寬禁帶半導(dǎo)體

“隨著第三代半導(dǎo)體材料、器件及應(yīng)用技術(shù)不斷取得突破，甚至可能在21世紀(jì)上半葉，導(dǎo)致一場新的信息和能源技術(shù)革命?！痹?1月8日召開的以“寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光的發(fā)展戰(zhàn)略”為主題的第641次香山科學(xué)會議上，與會專家指出，寬禁帶半導(dǎo)體核心技術(shù)一旦解決，必將引起應(yīng)用格局的巨大改變。

如今，半導(dǎo)體發(fā)展已經(jīng)歷了三代變革，極大地影響了社會發(fā)展進(jìn)程。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料由于禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，因此在短波發(fā)光/激光、探測等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。其不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為耐用和可靠。

寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光方面優(yōu)勢明顯，其中，Ⅲ族氮化物成為其在深紫外光源領(lǐng)域研究的主要代表，尤其是氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）的發(fā)明，引起人類照明光源的革新。日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二也因此獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎，這掀起了寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光研發(fā)的熱潮，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

申德振指出，我國在氮化鎵基短波LED領(lǐng)域整體水平與美日等發(fā)達(dá)國家差距明顯，主要體現(xiàn)在高質(zhì)量的氮化鎵和氮化鋁同質(zhì)單晶襯底和低缺陷密度鋁鎵氮的外延生長與高鋁組分鋁鎵氮摻雜工藝等難題。此外，另一種寬禁帶半導(dǎo)體材料氧化鋅具有高的激子束縛能和優(yōu)異的光學(xué)特性，是實(shí)現(xiàn)深紫外激光器件的理想材料，將成為鋁鎵氮在深紫外光電領(lǐng)域應(yīng)用的重要補(bǔ)充，但其目前發(fā)展嚴(yán)重受限于P型摻雜技術(shù)。

為此，與會專家認(rèn)為，突破高質(zhì)量同質(zhì)單晶襯底制備和p型摻雜技術(shù)，是帶動寬禁帶半導(dǎo)體紫外發(fā)光與激光器件進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。同時(shí)，寬禁帶半導(dǎo)體的單體點(diǎn)缺陷表征和調(diào)控也是亟須解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題。因此，我國應(yīng)加大在寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域的投入，解決該領(lǐng)域的核心科學(xué)和技術(shù)難題，爭取擁有更多自主知識產(chǎn)權(quán)，推動應(yīng)用市場的發(fā)展。