1 国际上核物理研究装置 FRIB FRIB 7.5 亿美元 直线加速器 最高流强 LHC 150 亿美元 对撞机 最高能量 FAIR FAIR 14 亿欧元 14 亿欧元 直线＋同步环 最高功率 亚洲领先 RIBF 回旋加速器 HIRFL-CSR 2.9 亿人民币 回旋＋同步环 发展趋势发展趋势 高能量对撞机 质量起源、宇宙演化、量子色动力学检验、新物理 … 高流强直 线 天体核合成过程、新元素和新核素合成、奇特核结构 … 高功率储存环 高精度谱学、新物态、高能量密度物质、重离子驱动 ICF… 在能区 MeV/u~TeV/u 运行与在建的离子加速器 ~30 台 世界科技强国正在建设或规划了新一代离子加速器研究装置 回旋加速器 SPIRAL2 SPIRAL2 1.2Km 900m RAON

2 兰州重离子研究装置 HIRFL 是我国规模最大的重离子研究装置 历经半个世纪建成，三代国家大科学 工程构成，亚洲能量最高、国内唯一 中高能重离子加速器研究装置。提供 质子到铀全离子（ keV/u~GeV/u ）， 数百种放射性核束，是我国重离子物 理研究基地 SFC (K=69) SSC (K=450) CSRm (11.3Tm) CSRe  短寿命原子核质量测量  新核素合成  奇特原子核结构和性质

3 探索同位素存在极限、揭示长程强相互作用基本性质 待解决重大科学问题 ? 理论 : ～ 8000 种核素；实验： 3130 种 “An atomic nucleus is an elephant” Jacek Dobaczewski 原子核物理研究目标： 建立一个 Ultimate Nuclear Model ： 描述所有原子核的所有性质 原子核：饱和密度、壳结构、固 定幻数、可形变、半径  A 1/3 … 依托重离子加速器装置，产生远离稳定线原子核并高精度测量他们的静 态性质和动力学特性，发现新现象、探索新物理，揭示核力的神秘面纱

4 合成新元素、扩展元素周期表 待解决重大科学问题 ? 新元素合成取得了巨大的成就，将周期表从 92 号元素扩展到 118 号元素如何再次实现新元素合成的重大突破？ 稳定岛 ？  存在多少种化学元素？  超重元素的化学性质？ 德国 GSI 日本 RIKEN 俄罗斯 DUBNA

5 待解决重大科学问题 ? Top 125 science questions Science July 2005 Z = … N = … 稳定岛 ？ 稳定岛在哪儿？ 如何产生？  丰中子核素熔合反应  重核间多核子转移反应 PRL104, (2010)  最大的核幻数？  极强库仑场下稳定性？ ? 合成新丰中子超重核素、攀登超重核稳定岛

6 理解宇宙中从铁到铀重元素的来源 待解决重大科学问题 ? 精确测量快中子俘获路径上核素质量和寿命，比较天体模型计算的元 素丰度与测量丰度，确定核过程发生的天体环境和场所 金 铀 基态质量 基态寿命 衰变模式 中子俘获截面 本世纪 13 个物理难题之一 s- 过程 r- 过程 分离能决定路径、寿命决定灰烬中元素丰度 铁

7 待解决的重大科学问题 原子序数 Z > 173 条件下场 强可超过 E cr ， 1s 1/2 电子轨道潜入狄拉克负 能量连续态，撕裂真空填充 1s 1/2 空穴，产生正负电子对 —— 自发电子对产生机制。 超临界场强的量子电动力学效应， QED 真空稳定 性 施温格超临界场强： 发展重离子加速器合并束碰撞技术，产生 Z > 173 的准超级原子态，创造 超临界场极端条件，发现新现象，探索 QED 真空稳定性

8 待解决的重大科学问题 产生高能量密度物质，制备新物态，探索极端条件下物质结构和演化 高能量密度物质的研究对了解宇宙物质构成与能量来源，认识极 端高温高压条件下物质状态及其物理规律，制备新物态、探索和 开发清洁聚变能源等具有重要价值。 高能量密度物质的状态方程与演化 临界点附近的材料热力学性质 重离子束产生的高能量密度物质特性 加速器驱动的 ICF 宇宙初期暴涨和 行星形成、演化 激光 ICF 过程 HED