北京串列加速器核物理國家實驗室：低能核物理之家

30年來，HI-13串列加速器安全運行12萬小時，累計供束10萬小時，為國內(nèi)外50多個研究機(jī)構(gòu)的研究工作提供了從氫到鈾的60多種離子束流。

北京串列加速器核物理國家實驗室（以下簡稱“串列實驗室”）是我國低能核物理研究基地。它依托于中國原子能科學(xué)研究院核物理研究所，主要開展核物理基礎(chǔ)研究、核數(shù)據(jù)測量、輻射物理與生物、核物理應(yīng)用等學(xué)科的研究。

串列實驗室的主要設(shè)備是一臺大型靜電式HI-13串列加速器，配備了Q3D磁譜儀等物理實驗終端設(shè)備。該串列加速器1987年通過國家驗收正式投入運行，1988年串列實驗室成立。自從成立以來，一直按照對國內(nèi)、外開放的國家實驗室的模式來管理與運行。30年來，安全運行12萬小時，累計供束10萬小時，為國內(nèi)外50多個研究機(jī)構(gòu)的研究工作提供了從氫到鈾的60多種離子束流。

為提升研究能力，串列實驗室于2016年建成HI-13串列加速器升級工程。串列加速器升級工程是在目前串列加速器的前端增加一個100MeV、200μA的強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器，在后端增加一個超導(dǎo)直線加速段進(jìn)行少量增能。升級后對于核數(shù)據(jù)測量以及放射性核素物理等研究的能力將明顯增強(qiáng)，同時也使實驗室的國際地位有所提升。

串列實驗室是我國核物理研究對外合作與交流的重要窗口，目前已與國際原子能機(jī)構(gòu)、日本、意大利等二十多個國家和國際機(jī)構(gòu)建立了良好的國際合作關(guān)系。從1986年起，先后有624人次到國外研究機(jī)構(gòu)訪問或工作，有2051人次的國外專家來訪。參加各類國際合作項目59項，承辦國際學(xué)術(shù)會議16次。

自從1988年串列實驗室成立以來取得了一批具有國際、國內(nèi)重要影響的科研成果。通過基礎(chǔ)性研究，為提高我國在國際核物理界的地位發(fā)揮了重要作用;通過應(yīng)用性基礎(chǔ)研究，為我國的資源、環(huán)境、材料、生命等學(xué)科的發(fā)展提供了重要支撐;通過對核數(shù)據(jù)的研究，為國家重點核科學(xué)工程的發(fā)展提供了重要數(shù)據(jù);通過串列實驗室多年的研究工作，為國家培養(yǎng)了一批核科技高級人才。

30年來，獲國家自然科學(xué)獎2項、國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎8項、國防科學(xué)技術(shù)獎25項、何梁何利科學(xué)技術(shù)獎2項、香港求是科技基金會杰出青年“物理”獎1項、胡濟(jì)民教育科學(xué)獎4項、吳有訓(xùn)物理獎5項。在國際和國內(nèi)核心期刊論文總數(shù)1311篇，其中SCI收錄639篇。

目前，串列實驗室主要關(guān)注以下幾個重點研究領(lǐng)域：

重離子核反應(yīng)研究。主要開展近壘和壘下重離子核反應(yīng)實驗研究。揭示碰撞核內(nèi)部和相對運動自由度的多維耦合、弱束縛核破裂效應(yīng)及組合體系的動力學(xué)過程。在試驗中發(fā)現(xiàn)裂變碎片角異性的異?，F(xiàn)象;首次在^6，7Li+²⁰⁸Pb反應(yīng)中揭示弱束縛核破裂效應(yīng);解決了⁹Be+²⁰⁸Pb和²⁰⁹Bi光學(xué)勢閾反常的實驗矛盾;提出用轉(zhuǎn)移反應(yīng)作探針研究穩(wěn)定核激發(fā)態(tài)中子暈，首先在¹²B和¹³C激發(fā)態(tài)中觀測到中子暈態(tài)。在放射性核束物理研究中，首次觀測到²⁹S質(zhì)子暈和^27，28P核芯增大;首次觀測到²⁹S的²He集團(tuán)發(fā)射和²⁷P的2α級聯(lián)發(fā)射等新現(xiàn)象。實驗室研究人員在國內(nèi)外一級刊物發(fā)表130多篇文章。獲國家自然科學(xué)三等獎、部級科技進(jìn)步一等獎等多項獎勵。

放射性核束物理與核天體物理研究。在次級束流線上產(chǎn)生了純度較高的⁶He、⁷Be、⁸Li、¹⁰C、¹¹C、¹³N、¹⁷F等放射性束流，間接測量了⁶He（p，γ）⁷Li，⁷Be（p，γ）⁸B， ⁸Li（n，γ ）⁹Li， ⁸B（p，γ）⁹C，¹¹C（p，γ）¹²N等天體物理重要反應(yīng)，首次觀察到6Li第二激發(fā)態(tài)的中子一質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)和140的能級結(jié)構(gòu)。實驗室研究人員在Phys.Rev.Lett.，Phys.Lett.B等國際著名刊物上發(fā)表論文60余篇。2010年獲國家基金委創(chuàng)新團(tuán)隊支持。

加速器質(zhì)譜研究。加速器質(zhì)譜是測量長壽命放射性核素靈敏度最高的分析技術(shù)，原子能院的加速器質(zhì)譜系統(tǒng)是目前國際上五個大型加速器質(zhì)譜系統(tǒng)之一，開展了¹⁰Be、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁵³Mn、⁷⁹Se、¹²⁹I、²³⁶U等十余種核素的高靈敏測量技術(shù)，測量靈敏度達(dá)到國際水平，并利用這些核素開展了在地質(zhì)資源、環(huán)境污染、核物理與天體物理、生物醫(yī)學(xué)示蹤等方面的應(yīng)用研究工作，為我國的海洋與地下水資源調(diào)查，核環(huán)境評估、核數(shù)據(jù)測量、骨質(zhì)疏松研究等作出了貢獻(xiàn)。

高自旋態(tài)研究。在束γ譜學(xué)終端擁有多個高純鍺反康譜儀組成的γ探測器陣列，依托該平臺，串列實驗室和國內(nèi)多家單位合作，開展了原子核的磁轉(zhuǎn)動與手征轉(zhuǎn)動、三軸超形變、旋稱反轉(zhuǎn)、單粒子運動與集體運動、稀土核的形狀驅(qū)動效應(yīng)、八極形變與八級關(guān)聯(lián)、同質(zhì)異能態(tài)等研究工作。取得了稀土區(qū)奇質(zhì)子核反常帶交叉和¹⁶⁷Lu三軸超形變的發(fā)現(xiàn)等一批有價值的成果，獲得過吳有訓(xùn)物理獎，核工業(yè)總公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎等。

核效應(yīng)分析研究。核效應(yīng)分析是用核物理效應(yīng)做探針，在原子尺度觀察物質(zhì)中發(fā)生的現(xiàn)象。是新能源、材料、宇航、生物、醫(yī)學(xué)、核物理等領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)。實驗室建立了國際上第一臺加速器在線擾動角關(guān)聯(lián)譜儀。還在該管道上建立了多種先進(jìn)的核效應(yīng)分析譜儀、ISOL型keV放射性核束實驗終端、重離子與氦和氫三束同時輻照裝置等。

電子器件單粒子效應(yīng)研究。主要針對空間應(yīng)用的微電子器件及系統(tǒng)，開展空間輻射效應(yīng)地面模擬試驗技術(shù)及效應(yīng)分析研究，實驗室擁有單粒子效應(yīng)輻照試驗研究專用重離子寬束及微束輻照裝置。該裝置的束流分布及均勻性、運行穩(wěn)定性、試驗效率等多項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，滿足了大批量器件進(jìn)行工程化輻照試驗任務(wù)。其試驗結(jié)果在我國多個衛(wèi)星型號工程、“核高基”國家重大專項、以及國防預(yù)研項目中獲得廣泛應(yīng)用，為我國航天抗輻射加固技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

輻射生物研究。依托于串列加速器Q3D磁譜儀終端，利用質(zhì)子和多種重離子射線，在生物大分子、細(xì)胞和動物等不同水平上，使用原子力顯微鏡、細(xì)胞和分子生物學(xué)技術(shù)，開展輻射生物學(xué)效應(yīng)、輻射防護(hù)及輻射育種方面的研究。為空間放射生物學(xué)、離子束治療腫瘤及輻射育種等提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

核數(shù)據(jù)測量研究。主要開展快中子雙微分截面、激發(fā)函數(shù)、裂變產(chǎn)額、核衰變數(shù)據(jù)、原子分子數(shù)據(jù)等的測量工作，實驗室建有常規(guī)和非常規(guī)中子飛行譜儀、γ角分布儀、真空紫外光譜儀、BaF2 γ全吸收型探測器球等大型實驗設(shè)備，按照“小規(guī)模、高水平、有特點”的原則開展了多個重要核素的核數(shù)據(jù)測量工作，較好地滿足了有關(guān)用戶的需求，并且支撐了我國核數(shù)據(jù)實驗測量工作在國際上的地位。

通過基礎(chǔ)性研究，為提高我國在國際核物理界的地位發(fā)揮了重要作用;通過應(yīng)用性基礎(chǔ)研究，為我國的資源、環(huán)境、材料、生命等學(xué)科的發(fā)展提供了重要支撐;通過對核數(shù)據(jù)的研究，為國家重點核科學(xué)工程的發(fā)展提供了重要數(shù)據(jù);通過串列實驗室多年的研究工作，為國家培養(yǎng)了一批核科技高級人才。