中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳：我国下一代加速器已攻克多项关键技术

　　“作为中国下一代加速器，环形正负电子对撞机(CEPC)的设计与预研进展顺利，计划2022年完成技术设计报告。”6月28日，在“高能同步辐射光源高端学术论坛”上，中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳表示，在CEPC预研项目的支持下，研究人员攻克了超导高频腔、速调管、等离子体加速注入器、探测器等方面的多项关键核心技术。

　　超导高频腔是现代粒子加速器的“心脏”，可以通过极高的能量效率给带电粒子加速。“未来10年，国内对超导高频腔的需求在1000只以上。但是，我国超导高频腔长期依赖进口，国内只有少量的样腔。”王贻芳说。

　　王贻芳介绍，在CEPC预研项目的支持下，1.3吉赫兹(GHz)超导高频腔已经达到了国际最好水平，未来不仅可以用在CEPC上，还可以用在上海自由电子激光装置、日本国际直线对撞机(ILC)上，此外，650兆赫兹(MHz)双腔体(2-cell)的超导腔也达到预期指标。

　　速调管可以给超导高频腔供应微波能量，是现代加速器的核心关键部件，在广播电视发射、雷达、工业方面也有广泛应用。我国自50年代开始研制加速器使用的大型速调管，但如今仍然依赖进口。

　　王贻芳介绍，目前国内速调管的微波能量只能达到80千瓦，寿命在1万小时，只能实现50%的效率，而国际水平能达到1000千瓦、10万小时寿命和60%的效率，“我们的目标是能量达到1000千瓦、10万小时寿命，并达到80%的效率”。

　　“目前，速调管的第一支样管已经研制成功，指标达到了设计要求，可用于散裂中子源等国内大科学装置，第二支样管也已经开始加工，以满足CEPC高效率的要求。”王贻芳说。

　　CEPC在预研中还提出了以传统方案保底，将等离子体加速技术用于加速器的方案。“国际上等离子体加速研究还在实验室阶段，没有真正用于加速器。目前我们的模拟研究已经证明方案可行，束流质量能够满足要求，一些验证试验还将在清华、上海和斯坦福直线加速器中心(SLAC)完成。”王贻芳说。

　　此外，CEPC在探测器预研方面也取得了一些进展。“比方说硅像素探测器方面，CEPC的目标是达到3到5微米的分辨率，目前我们研制的硅像素探测器主要指标已经达到或超过国外产品。”王贻芳说。

　　一直以来，粒子物理学家都是通过加速器让粒子对撞产生出新物理现象，来检验或挑战粒子物理的基本模型。然而，随着粒子物理研究的深入，他们对加速器的能力提出了更高的要求。“现在全世界的高能物理学家都在研究下一代的大型加速器。”王贻芳说。

　　从上世纪90年代起，日本科学家就开始研究国际直线对撞机(ILC)，目前正在组织预研实验组(Pre-lab)，计划在10年之内开始建设。

　　欧洲核子中心(CERN)从2013年开始讨论未来加速器计划(FCC)，2019年发布了从环形正负电子对撞机升级到强子对撞机的计划，预计2028年开始建设正负电子对撞机，并在2038年运行，造价约为100亿欧元。2020年6月，CERN在“欧洲粒子物理发展计划”中提出粒子物理发展的首要目标是建设正负电子希格斯工厂。

　　“美国也在讨论一个全新的未来加速器发展计划，很有可能会在缪子对撞机上有一些新的想法。”王贻芳说。

　　2012年9月，我国高能物理学家提出了下一代加速器方案——环形正负电子对撞机—超级质子对撞机(CEPC-SPPC)。2018年11月，CEPC研究工作组发布了“概念设计报告”，并转入技术设计阶段。

　　“我们的目标不再是在世界粒子物理领域占有‘一席之地’，而是要站在‘舞台中央’。”王贻芳说。