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北京大學核科學與技術研究院


北京大學核科學與技術研究院簡介：
北京大學核學科（原為北大物理研究室，后更名為北京大學技術物理系）是1955年由周恩來總理批示建立的我國高校中第一個核科學與技術人才培養(yǎng)基地，幾十年來為國家培養(yǎng)了五千多名高級人才，在歷屆畢業(yè)生中已產(chǎn)生了11位兩院院士。眾多北大核學科的優(yōu)秀畢業(yè)生進入國家核口的關鍵崗位，為中國軍用和民用核事業(yè)的輝煌發(fā)展做出了重要貢獻。 改革開放以來，北大核學科持續(xù)發(fā)展。1990年建立了“重離子物理教育部重點實驗室”，2001年建立了"醫(yī)學物理和工程北京市重點實驗室”。2001年北京大學實行院系調(diào)整，原技術物理系的物理及化學部分分別進到了新成立的物理學院、化學學院及環(huán)境學院。近年來，在學校領導及所屬各學院的大力支持下，北京大學核學科的整體力量得到增強。2005年恢復了等離子體物理專業(yè)，成立了“等離子體物理與聚變研究所”；2007年經(jīng)過嚴格評審獲準建設“核物理與核技術國家重點實驗室（北京大學）”，并于2009年底通過國家驗收，成為我國核領域第一個科技部序列的國家重點實驗室；2007年獲準成立了“放射化學與輻射化學國防重點學科實驗室”。 近十年來，北大核學科在粒子物理與核物理、核技術及應用、放射化學與輻射化學、等離子體物理等學科領域取得了一批高水平的研究成果，獲二十余項國家級和省部級的科技獎勵。與此同時，北大核學科人才培養(yǎng)模式在改革中發(fā)展， 2007年獲準建立的“核物理國家理科基礎科學研究和教學人才培養(yǎng)基地”是全國唯一的核類學科理科基地并得到全額資助；經(jīng)國防科工局的批準，北京大學獲準建設“核物理”、“核技術”、“核化工與核燃料工程”三個國防緊缺專業(yè)。 近百年來，核科學對人類的生存發(fā)展產(chǎn)生了重大影響，造就了三分之一以上的物理學諾貝爾獎，在自身發(fā)展的同時，還為其它許多學科提供了重要的理論基礎、研究方法和技術手段。進入21世紀，核科學與技術的發(fā)展方興未艾，核能和核安全在國家重大需求中的地位愈加顯著，加快發(fā)展核能成為我國能源發(fā)展和實現(xiàn)“綠色、低碳經(jīng)濟”的重大戰(zhàn)略部署。 在我國核能與核科技事業(yè)大發(fā)展的形勢下，北京大學決定在現(xiàn)有的幾個相關重點實驗室和重點學科的基礎上，成立“北京大學核科學與技術研究院”，以加強北京大學核科學與技術研究和人才培養(yǎng)工作。核研院將協(xié)調(diào)校內(nèi)各院系與核能和核科技相關的研究力量，并大力引進人才，擴大對外交流，努力承擔國家重大任務，為國家在核能與核安全等方面的重大需求和核科技前沿研究做出新的貢獻。 核研院設立學術委員會和國際顧問委員會，負責把握學術方向以及制定中長期研究規(guī)劃等。根據(jù)學科特點與現(xiàn)有基礎，核研院下設若干研究中心，首批設立的六個研究中心分別為：核科學基礎研究中心、核能研究中心、核技術研究中心、核化學研究中心、核醫(yī)學與工程研究中心、核政策與法律研究中心。

北京大學核科學與技術研究院研究方向和內(nèi)容：
1. 放射性核束物理 未來主要圍繞973項目，以理論和實驗相結合，在遠離穩(wěn)定線核的結構和反應方面開展高水平的理論和實驗研究，主要內(nèi)容包括： （1）非穩(wěn)定核的反應機制和衰變實驗研究：非穩(wěn)定核結合能比較小，表面價核子特別活躍，少數(shù)幾個價核子的性質(zhì)往往決定了整個原子核的性質(zhì)。因此非穩(wěn)定核的反應、特別是對價核子敏感的直接核反應可以作為操作非穩(wěn)定核奇特量子態(tài)的手段。為此，特別需要發(fā)展獨特的前向多中子關聯(lián)測量系統(tǒng)和包含多步多道偶合的核反應理論。不穩(wěn)定核的壽命一般都非常短，測量它們的衰變性質(zhì)是研究它們結構的有效手段之一。我們已經(jīng)成功地研制了用于探測豐中子核衰變的中子球探測系統(tǒng)并已經(jīng)取得了一些實驗結果。通過設備升級，將對豐中子核激發(fā)態(tài)進行系統(tǒng)的研究。 （2）理論研究主要是發(fā)展新的理論模型和預言非穩(wěn)定核的性質(zhì)。暈核結構性質(zhì)的理論研究是我們今后的一個重點，已經(jīng)有很好的理論基礎，將通過理論發(fā)展并結合實驗進一步深入研究暈結構的物理本質(zhì)。在高K態(tài)結構與衰變性質(zhì)方面，我們已經(jīng)進行了多年的開創(chuàng)性理論研究，今后的主要目標是研究高K態(tài)的衰變，并為可能的應用提供可靠的理論預言。超重核是當前核物理的研究熱點，我們在這方面已經(jīng)取得了有國際影響的理論成果，將繼續(xù)結合實驗開展超重核合成與衰變性質(zhì)的研究。開展同位旋相關的核天體物理和原子核相變問題研究，進一步揭示與遠離穩(wěn)定線核結構和相互作用相關的物理機制。 （3）大力發(fā)展先進的探測技術。放射性核束的束流強度弱，弱束縛核容易破碎，這些特點對實驗探測技術提出了許多新要求。將大力發(fā)展以硅微條為特征的帶電粒子望遠鏡系統(tǒng)；前角區(qū)多中子關聯(lián)測量系統(tǒng)；高精度高計數(shù)率束流監(jiān)測系統(tǒng)；高探測效率衰變粒子探測系統(tǒng)等。 2. 強子物理 近年來，在國家及學校的部署和大力支持下，我們快速起步發(fā)展了實驗部分，新建了較大規(guī)模的亞原子粒子探測實驗室，通過人才引進和重組建立了一支比較強的強子物理實驗隊伍，并積極參與國際國內(nèi)多項強子物理的大科學實驗計劃。目前和今后將圍繞基金委創(chuàng)新群體的目標和重大國際合作項目持續(xù)開展以下研究： （1）重味強子物理研究。粲夸克和底異夸克組成的重味強子和重夸克偶素物理不僅與微擾QCD和非微擾QCD有密切關系，而且與超出標準模型的新物理的探討相關。我們將在現(xiàn)有工作基礎上，進一步深入開展重味強子系統(tǒng)中QCD問題的研究,如：b強子（重子和介子）衰變的微擾QCD因子化計算問題及所涉及的紅外發(fā)散問題；各種與b物理相關粒子的光錐波函數(shù)；用格點規(guī)范、有效理論和對稱性原理限制和決定強子矩陣元；NRQCD和重夸克偶素的產(chǎn)生和衰變機制的探討；重味強子譜和重味新強子態(tài)的性質(zhì)等。 （2）強子結構與新強子態(tài)。2003年以來有關新強子態(tài)存在的互相矛盾的實驗證據(jù)，使得人們對這包括多夸克態(tài)、膠子球和混雜態(tài)在內(nèi)的新強子態(tài)的探索更加充滿了興趣。研究這些新的強子態(tài)，可以導致對強相互作用的新的理解，比如禁閉機制和強作用的非微擾動力學。 （3）實驗方面隨著國內(nèi)外新的實驗裝置投入使用，基于多年來工作的積累，我們將逐步凝聚方向，形成國內(nèi)以北京正負電子對撞機上的BESIII實驗為主、國外以LHC-CMS實驗為主，兼顧其他小型合作的格局，在大型實驗的數(shù)據(jù)分析軟件建設中做出獨特貢獻，并持續(xù)做出自主的物理成果。同時利用過去幾年建成的較大規(guī)模的粒子探測器實驗室，以及在完成LHC-CMS部分探測器研制和大批量組裝測試的重大國際合作項目中積累起來的經(jīng)驗，繼續(xù)承擔大科學合作中的探測器硬件研制任務，做出國際高水平的貢獻。 3. 先進粒子加速器技術 經(jīng)過近20年的研究和發(fā)展，我們在這一方向上業(yè)已取得了具有自主創(chuàng)新特色的成果，在此基礎上今后將重點開展兩個方面的研究工作： （1）射頻超導加速器及自由電子激光技術。射頻超導加速器具有射頻損耗低、加速梯度高和束流品質(zhì)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是國際上未來加速器的主要發(fā)展方向。2004年，國際未來加速器委員會（ICFA）建議未來國際直線對撞機采用超導加速器技術。北京大學是國內(nèi)率先發(fā)展射頻超導加速器技術的單位，近20年來先后開展了純鈮超導腔研制、銅鈮濺射型QWR超導腔研制、直流-超導（DC-SC）型注入器研制等工作，并發(fā)展了激光驅(qū)動光陰極電子槍、超導腔表面處理、微波測量以及低溫等相關技術。今后將在已有基礎上繼續(xù)深入開展射頻超導加速技術研究，重點開展多cell超導腔、實用型DC-SC光陰極注入器和新材料超導腔三個方面的研究。研究重點集中在提高超導腔的加速梯度上，內(nèi)容主要包括超導材料性能研究，超導腔物理結構優(yōu)化，超導腔高精度加工、高性能焊接和后處理工藝，超導加速腔性能測試、低溫恒溫系統(tǒng)、頻率調(diào)諧器、射頻功率耦合器和高階模耦合器研制以及相關束流實驗等。在此基礎上我們將開展基于射頻超導加速器的自由電子激光新技術及應用研究。 （2）RFQ加速器技術。北京大學是國內(nèi)首先發(fā)展RFQ加速器技術的單位，我們提出并發(fā)展了射頻性能穩(wěn)定的四桿微翼型整體分離環(huán)RFQ加速器技術、正負離子同時加速技術等，并制成了性能穩(wěn)定、射頻效率國際領先的1MeV重離子RFQ加速器。近年來我們又提出了分離作用RFQ的新型加速結構，它對提高RFQ的加速效率，拓展RFQ加速器的能量適用范圍有重要意義。我們將繼續(xù)圍繞核物理與核技術應用的需要，進一步開展相關的束流動力學、新型射頻加速結構、強流離子源與強流RFQ技術、束流輸運與診斷技術等方面的研究，并研制技術先進的面向用戶的若干RFQ加速器裝置。 4. 核技術應用 我們將從完善測量設備、交叉合作研究、自主創(chuàng)新突破及國防建設配套等幾個方面開展以下幾個有特色的方向的研究： （1）加速器質(zhì)譜技術與應用。加速器質(zhì)譜（AMS）是考古與古人類學、地球科學、環(huán)境科學、生命科學等領域中不可替代的重要研究手段。將在已有基礎上繼續(xù)系統(tǒng)開展AMS技術和應用研究，在技術方面不斷提高AMS測量精度和靈敏度并完善測量方法，在應用方面通過與相關學科的合作，重點開展基于AMS 14C和10Be 測量的地球科學、環(huán)境科學、考古學和生命科學中的相關研究，促進交叉學科的發(fā)展。 （2）核技術在核材料、生物醫(yī)學及納米科學中的應用。通過承擔973課題及ITER973課題，瞄準國家重大需求，積極參與國內(nèi)外聚變堆、裂變堆及核廢料儲藏相關的材料抗輻照性能研究，側(cè)重開展自修復材料、納米顆粒嵌埋材料等抗輻照性能的研究，特別是納米顆粒晶界在缺陷吸收及自修復功能方面的作用等。通過承擔基金重點項目正在進一步探究更深層次的低能離子輻射生物物理的基礎問題，特別是輻射生物靶及輻射損傷信號在植物系統(tǒng)中的傳導過程等國際前沿問題；研究電離輻射對環(huán)境、健康的影響及保護或防護方案。此外，通過承擔基金重大研究計劃和面上項目，開展荷能離子輔助制備納米核孔等納米結構及其在生命科學中的應用；通過承擔973項目的子課題，采用靈敏的AMS技術開展納米顆粒的靶分子選擇性及其分子毒理學效應研究。 （3）中子核數(shù)據(jù)測量與中子照相技術。將重點開展與聚變能相關的輕核及與堆結構材料抗輻射損傷有關核(n, x)反應出射帶電粒子的能量分布及微分截面和出射次級中子雙微分截面的實驗研究，同時開展軍用急需的中子裂變產(chǎn)額隨能量變化理論研究與評價數(shù)據(jù)的研究。中子照相在國防、工業(yè)、生命科學等領域有重要應用，將分階段建設基于RFQ加速器的中子照相系統(tǒng)，并通過強強合作，重點研究基于加速器的中子照相技術及其在航天、航空、工業(yè)與生命科學等領域的應用。 （4）聚變與核能。通過承擔ITER973課題，重點開展與聚變能相關的等離子體物理問題，特別是聚變等離子體中以高自由度和多時空尺度為特征的動力學過程。以國內(nèi)大型聚變實驗研究裝置（中科院等離子體物理研究所EAST、核工業(yè)西南物理研究院HL-2A）及ITER的物理實驗、工程控制為目標，有系統(tǒng)有計劃地引進、開發(fā)、集成聚變模擬軟件。建立模擬軟件及實驗數(shù)據(jù)庫、并與全國共享。

北京大學核科學與技術研究院實驗室近年來重要獲獎情況：

成果名稱 獎勵類別與等級 獲獎人 獲獎時間 1.5GHZ鈮腔射頻超導實驗研究 國家教委科技進步一等獎 陳佳洱等 1992 2×6MV串列靜電加速器的改造和運行 國家教委科技進步三等獎 于金祥等 1992 多電子束契侖柯夫自由電子激光振蕩器實驗研究 國家教委科技進步二等獎 王清源等 1994 北京大學加速器質(zhì)譜計的建立及14C測年與示蹤研究 國家教委科技進步一等獎 陳佳洱、李坤、郭之虞、劉克新、魯向陽等 1995 國產(chǎn)射頻超導加速強的研制 國家科技進步二等獎 趙夔、陳佳洱、張保澄等 1996 238U中子數(shù)據(jù)評價 國家教委科技進步二等獎 唐國有、陳金象等 1996 4.5MV單級靜電加速器 國家教委科技進步二等獎 陳佳洱等 1997 奇特原子核及新集體轉(zhuǎn)動 模式研究 中國高校 科學技術一等獎 孟杰、曾謹言、趙恩廣、許甫榮、周善貴 2000 中國軍用測試核數(shù)據(jù)庫 （第一版） 國家科學技術 進步二等獎 唐國有、陳金象、 施兆民、張國輝 2001   九五國家重點科技攻關計劃先進個人獎 劉克新 2001   何梁何利科學與技術 進步獎 陳佳洱 2001   國家863計劃中作出貢獻的先進個人獎 趙夔 2001 核科學數(shù)據(jù) 信息化管理 與網(wǎng)上共享系統(tǒng)的研究 北京市科學技術二等獎 郭之虞、陳佳洱、樊鐵栓、劉文龍、葉衛(wèi)國、劉廷進、陳金象、馮玉清、宋翔翔 2004   國家重點基礎研究 計劃先進個人獎 許甫榮 2004   國家高技術研究發(fā)展 計劃先進個人獎 全勝文 2004   中國物理學會 周培源物理獎 馬伯強 2004 物理學人才培養(yǎng)基地－人才培養(yǎng)模式與課程體系改革 國家級 教學成果二等獎 葉沿林、王稼軍、 劉玉鑫、段家芪、 陳曉林 2005 非穩(wěn)定核的結構性質(zhì)和反應機制研究 教育部 自然科學一等獎 葉沿林、許甫榮、華輝、鄭濤、李智煥、江棟興 2006 原子核的手征雙重帶的研究 中國物理學會吳有訓獎 孟杰 2007 Khwarizmi International Award 國際獎 孟杰 2008 原子核結構研究 中國物理學會吳有訓獎 許甫榮 2009   華人物理學會亞洲成就獎 孟杰 2009 國產(chǎn)實用型多cell超導腔的研制 教育部科技進步二等獎 全勝文,魯向陽,郝建奎,朱鳳,林林,黃森林,陳佳洱,趙夔,張保澄,劉克新,王莉芳,賀斐思,王芳 ,靳松 2010