托卡托卡马克装置等离子体克装置等离子体平衡和控制平衡和控制 HT-7 ASIPPInstitute Institute of of Plasma Plasma Physics, Physics, Chinese Academy of Sciences Chinese Academy of Sciences 托卡托卡马克装置等离子体平衡和控制克装置等离子体平衡和控制 HT-7 ASIPP托卡马克装置的发展历史托卡马克装置的发展历史 托卡马克装置工作的基本原理托卡马克装置工作的基本原理 等离子体等离子体(Grad (Grad ShafranvoShafranvo) )平衡方程平衡方程 非圆截面等离子体平衡反演技术非圆截面等离子体平衡反演技术托卡马克装置等离子体电磁测量概述托卡马克装置等离子体电磁测量概述HT-7HT-7等离子体平衡和控制等离子体平衡和控制 EASTEAST等离子体电流、等离子体电流、X X点位置和位形控制点位置和位形控制 托卡马克装置的发展历史托卡马克装置的发展历史HT-7 ASIPP托托卡卡马克克是是一一种种准准稳态环形形放放电装装置置。在在环形形系系统中中，它它的的结构构最最简单，但但是是在在其其上上所所获得得的的等等离离子子体体参参数数却却是是到到目目前前为止止最最好好的的，而而且且有有可可能能最最先先建建成成热核核聚聚变反反应堆堆。所所谓托托卡卡马克克，是是指指具具有有强强磁磁场低低“准准稳态环形形受受控控热核核实验装装置置，是是由由苏联库尔尔恰恰托托夫夫原原子子能能研研究究所所的的阿阿尔尔齐莫莫雄雄奇奇等等首首先先提提出出来来的的。托托卡卡马克的克的发展大致可以分展大致可以分为下列几个下列几个阶段：段：早期早期环形放形放电实验时期期(1958(1958年以前年以前) ) 托卡托卡马克概念形成克概念形成时期期(1958-1963(1958-1963年年) ) 扩大大实验阶段段(1974(1974年开始年开始) ) 冲冲击点火条件点火条件阶段段(1979(1979年开始年开始) ) 深入等离子体研究和点火条件模深入等离子体研究和点火条件模拟实验阶段段(1982(1982年目前年目前) ) 托卡托卡马克装置工作的基本原理克装置工作的基本原理HT-7 ASIPPa:a:等离子体等离子体 b:b:平衡场线圈平衡场线圈 c:c:真空室真空室 d: d: 纵场线圈纵场线圈 e:e:铁芯变压器铁芯变压器托卡托卡马克装置工作的基本原理克装置工作的基本原理 HT-7 ASIPP托托卡卡马马克克是是一一种种轴轴对对称称的的环环形形系系统统，就就产产生生准准稳稳态态高高温温等等离离子子体体装装置置的的几几何何观观点点来来看看，它它是是闭闭合合磁磁约约束束系系统统中中最最简简单单的的系系统统。典典型型的的托托卡卡马马克克装装置置如如图图所所示示。它它主主要要由由激激发发等等离离子子体体电电流流的的变变压压器器( (铁铁芯芯的的或或空空芯芯的的) )、产产生生纵纵磁磁场场的的线线圈圈、控控制制等等离离子子体体柱柱平平衡衡位位置置的的平平衡衡场场线线圈圈和和环环形形真真空空室室组组成成。真真空空环环为为变变压压器器的的次次级级线线圈圈，变变压压器器原原边边的的电电能能，通通过过耦耦合合引引起起真真空空环环内内部部感感应应而而产产生生等等离离子子体体环环电电流流。等等离离子子体体被被流流过过它它的的环环形形电电流流加加热热，由由环环形形电电流流产产生生的的角角向向磁磁场场包包围围并并约束等离子体。约束等离子体。 托卡托卡马克装置的磁克装置的磁场形形态 HT-7 ASIPP纵场线圈圈产生生的的平平行行于于环电流流的的纵向向磁磁场用用于于抑抑制制等等离离子子体体的的磁磁流流体体力力学学不不稳定定性性。纵场强强度度要要比比角角向向磁磁场强强度度大大许多多倍倍，在在正正常常情情况况下下1010，这是是托托卡卡马克克与与其其它它环形形装装置置的的主主要要区区别，也是它的一个主要特点。也是它的一个主要特点。 磁磁场有螺旋形有螺旋形结构构 每根磁力线构成一个磁面，有一个每根磁力线构成一个磁面，有一个r r值，就有一个磁面值，就有一个磁面托卡托卡马克装置的磁面，是一个套着一个的具有磁剪切的克装置的磁面，是一个套着一个的具有磁剪切的圆环，沿等离子体，沿等离子体围绕一周一周时即即闭合的那根磁力合的那根磁力线称称为磁磁轴。 托卡托卡马克装置的磁克装置的磁场形形态 HT-7 ASIPP螺螺距距大大，旋旋转变换角角很很小小。在在角角向向 值不不大大时的的情情况况下下，磁磁面面与与子子午午面面的的交交线，是是以以小小环中中心心为圆心心，r r为半半径径的的一一系系列列同同心心圆。而而当当 值相相当当大大时，磁磁面面的的形形状状将将发生生显著著的的改改变，它它们的的中中心心会会向向外外移移动，移移动值随随着着圆的的小小半半径径的的减减少少而而增增加加等等离子体柱的磁离子体柱的磁轴相相对于于导电壳中心的位移最大。壳中心的位移最大。 托卡托卡马克装置的磁克装置的磁场形形态 HT-7 ASIPP托卡托卡马克装置的磁克装置的磁场形形态 HT-7 ASIPP在托卡马克装置的发展过程中，为了提高等高于体的温度在托卡马克装置的发展过程中，为了提高等高于体的温度而仍保持其稳定性条件，可以设法把圆截面的等离子体沿而仍保持其稳定性条件，可以设法把圆截面的等离子体沿着大环主轴方向拉长成非圆截面着大环主轴方向拉长成非圆截面( (如椭圆、如椭圆、D D型等型等) )，这时，这时其磁面的截面也相应地成为非圆的截面。现代的实验结果其磁面的截面也相应地成为非圆的截面。现代的实验结果表明，该位形能产生高性能的等离子体，有助于高性能参表明，该位形能产生高性能的等离子体，有助于高性能参数的获得，加快了核聚变商业堆的研究步伐。数的获得，加快了核聚变商业堆的研究步伐。 总之，托卡之，托卡马克磁克磁场结构的特点是：构的特点是：纵场强强，角向，角向场弱，弱，合成的磁力合成的磁力线具有旋具有旋转变换性性质，并且旋，并且旋转变换角很小：角很小：这意味着螺旋磁力意味着螺旋磁力线沿等离子体柱大大伸展。正是由于沿等离子体柱大大伸展。正是由于这个特点，使个特点，使带电粒子的漂移大大减少，并粒子的漂移大大减少，并为等离子体柱克等离子体柱克服磁流体力学不服磁流体力学不稳定性提供了条件。定性提供了条件。 等离子体在等离子体在环形螺旋磁形螺旋磁场中的中的约束束 HT-7 ASIPP托卡马克装置中的磁场，是由纵向磁场和角向磁场叠加而成的环形螺旋磁场。这是一个不均匀的磁场，在环的外侧磁场为极小，在环的内边缘磁场为极大。因为有磁场梯度存在，所以带电粒子通旋中心的运动是由沿磁力线的运动和磁漂移两部分合成的。一类是“通行粒子”或“自由粒子”，这种粒子的速度向量与螺旋磁场之间的夹角足够小，能够通过强磁场而不被反射回来另一种是“捕获粒子”或“约束粒子”，这种粒子的速度向量与磁场之间的夹角比较大，不能通过强磁场区，只能沿着磁力线在两个强磁场区构成的局部磁镜之间来回运动：因其轨道象香蕉，所以也叫做“香蕉粒子”。 等离子体在等离子体在环形螺旋磁形螺旋磁场中的中的约束束 HT-7 ASIPP应该注意，如果有了磁场误差或其它的非轴对称磁场，则磁力线在多次绕环以后，它们常常和器壁相交，粒子也就约束不住。在托卡马克装置中一个无法避免的缺陷是装置只能使用有限个纵场线圈，引起纵向磁场的起伏，这就会沿磁力线产生非常浅的局部磁镜，它们能够捕获一小部分等离子体粒子：这种粒子既不围绕环的小截面画圆圈，也不相对于赤道平面对称地被捕获，它们将漂移出系统：除了这些磁捕获效应以外，一个电场本身或者和磁场一起也能引起粒子捕获，使粒子回旋中心轨道发生很大的变化：为了减小磁场误差，一般需要细致的进行纵场线圈的设计。 等离子体等离子体(Grad (Grad ShafranvoShafranvo) )平衡方程平衡方程 HT-7 ASIPP对于托卡马克平衡而言，它有两个基本对于托卡马克平衡而言，它有两个基本的出发点：的出发点：(1)(1)磁压和内部的等离子体压力是平衡的。磁压和内部的等离子体压力是平衡的。(2)(2)由外部线圈的电流决定了等离子体的由外部线圈的电流决定了等离子体的位置、形状和电流大小。位置、形状和电流大小。 等离子体在等离子体在环形螺旋磁形螺旋磁场中的平衡中的平衡 HT-7 ASIPP由于托卡马克中等离子体的质量是非常小的，一般仅由于托卡马克中等离子体的质量是非常小的，一般仅1010-4-4克克/m/m3 3，依电动力学的一般规律，等离子体向受有向外扩张的力，依电动力学的一般规律，等离子体向受有向外扩张的力，其受力是很大的，一般为其受力是很大的，一般为1010吨吨/m/m3 3，在托卡马克装置中依靠角在托卡马克装置中依靠角向磁场和纵向磁场的磁压力加以平衡，这些磁场产生无限的向磁场和纵向磁场的磁压力加以平衡，这些磁场产生无限的嵌套的磁面，其磁力线则沿螺旋线围绕着此环：等离子体的嵌套的磁面，其磁力线则沿螺旋线围绕着此环：等离子体的声速一般为声速一般为10105 510106 6m/sm/s，因此在沿磁力线方向很快地便可达因此在沿磁力线方向很快地便可达到压力平衡。各个不同的磁面上的磁力线是不同的，就是由到压力平衡。各个不同的磁面上的磁力线是不同的，就是由于此剪切，才使等离子体能很好地平衡。磁面上扭曲的磁力于此剪切，才使等离子体能很好地平衡。磁面上扭曲的磁力线一般用安全因子线一般用安全因子q q描述，此剪切是由径向的描述，此剪切是由径向的q q值确定。具有值确定。具有回转变换的环形螺旋磁场，对于单个带电离子来说，是个很回转变换的环形螺旋磁场，对于单个带电离子来说，是个很好的约束。但是，这种磁场系统对于保持等离子体柱的宏观好的约束。但是，这种磁场系统对于保持等离子体柱的宏观平衡态还是不够的。这是因为载流的环形等离子体柱有向外平衡态还是不够的。这是因为载流的环形等离子体柱有向外扩张的趋势，如不设法加以平衡，等离子体就会碰到器壁。扩张的趋势，如不设法加以平衡，等离子体就会碰到器壁。 等离子体在等离子体在环形螺旋磁形螺旋磁场中的平衡中的平衡 HT-7 ASIPP确定确定环形等离子体柱平衡条件的基本宏形等离子体柱平衡条件的基本宏观方程是方程是压力平衡方力平衡方程和描述等离子体柱大半径程和描述等离子体柱大半径变化的方程。化的方程。这些方程的形式依些方程的形式依赖于柱截面的形状，以及于柱截面的形状，以及电流和等离子体流和等离子体压力在桂截面上分力在桂截面上分布的形状。布的形状。 等离子体等离子体压力与磁力与磁压力平衡的分析力平衡的分析 (1)(1)由等离子体由等离子体压强强起的起的扩张力力(2)(2)纵场磁力磁力线张力引起的合力力引起的合力 (3)(3)圆环等离子体柱表面上的等离子体柱表面上的纵场磁磁压强强引起的沿大半径方向引起的沿大半径方向的合力的合力 (4)(4)环形等离子体形等离子体电流引起的流引起的扩张电动力力 等离子体在等离子体在环形螺旋磁形螺旋磁场中的平衡中的平衡 HT-7 ASIPP使等离子体柱不向外使等离子体柱不向外扩张而达到平衡所采用的而达到平衡所采用的措施，一般有下列几种：措施，一般有下列几种： (1)(1)用外部导体产生一个使等离子体柱保持平用外部导体产生一个使等离子体柱保持平衡的垂直场衡的垂直场( (也称平衡场也称平衡场) ) (2)(2)用理想导电壳保持等离子体柱的平衡用理想导电壳保持等离子体柱的平衡 (3)(3)用变压器铁芯保持等离子体柱的平衡用变压器铁芯保持等离子体柱的平衡 在在实实际际的的托托卡卡马马克克装装置置上上，往往往往是是几几种种平平衡衡措措施施同同时时采采用用：要要对对所所有有影影响响等等离离子子体体柱柱平平衡衡的的因素同时进行估量，是非常困难复杂的。因素同时进行估量，是非常困难复杂的。等离子体磁通函数等离子体磁通函数 HT-7 ASIPP对对托托卡卡马马克克平平衡衡的的等等离离子子体体而而言言，其其基基本本的的条条件件是是在在等等离离子子体体区区域域内内，所所有有位位置置上上的的等等离离子子体体受受力力均均为0 0，这个个就就要要求求磁磁场力力与与等等离离子子体体压力平衡力平衡。 (1)(1)沿着磁力线无等离子体压力梯度。沿着磁力线无等离子体压力梯度。(2)(2)在同一磁面上等离子体压力均相同。在同一磁面上等离子体压力均相同。(3)(3)等离子体电流密度线也位于同一磁面上。等离子体电流密度线也位于同一磁面上。等离子体磁通函数等离子体磁通函数 HT-7 ASIPP为为了了研研究究托托卡卡马马克克的的平平衡衡问问题题，引引入入角角向向磁磁通通函函数数是是非非常常必必要要的的，它它与与位位于于每每一一磁磁面面上上的的角角向向磁磁通通量量成成正正比比例例，并并且且在在每每一一磁磁面面上上均均为为常常数，此函数必须满足：数，此函数必须满足： 这就清楚地向我们表明：这就清楚地向我们表明：(1)(1)沿着磁力线无等离子体压力梯度。沿着磁力线无等离子体压力梯度。(2)(2)在同一磁面上等离子体压力均相同。在同一磁面上等离子体压力均相同。(3)(3)等离子体电流密度线也位于同一磁面上。等离子体电流密度线也位于同一磁面上。 等离子体磁通函数等离子体磁通函数HT-7 ASIPP等离子体磁通函数等离子体磁通函数HT-7 ASIPP等离子体磁通函数等离子体磁通函数HT-7 ASIPPGrad Grad ShafranovShafranov平衡方程平衡方程 HT-7 ASIPPGrad Grad ShafranovShafranov平衡方程平衡方程 HT-7 ASIPPGrad Grad ShafranovShafranov平衡方程平衡方程 HT-7 ASIPP上海激光电子伽玛源装置ShanghaiLaser-ElectronGammaSource（SLEGS）预制研究OutlineI.引言引言II.世界上现有世界上现有 束线站的简介束线站的简介III.SLEGS低能低能(MeV) 光束线站初步设计光束线站初步设计IV.核物理、核天体物理及其相关应用核物理、核天体物理及其相关应用V.SLEGS项目预制研究实施计划项目预制研究实施计划VI.总结总结I、引言、引言中科院上海应用物理研究所准备在国内提出并推动下述中科院上海应用物理研究所准备在国内提出并推动下述计划，希望上级部门能予以大力支持，同时希望国内同计划，希望上级部门能予以大力支持，同时希望国内同行能共同参与这个工作。行能共同参与这个工作。目标是建设目标是建设“上海激光电子伽马源上海激光电子伽马源”（SLEGS），利用），利用上海光源上海光源(SSRF)的的3.5GeV电子束，用远红外激光与电子电子束，用远红外激光与电子束进行束进行Compton反反散射，得到散射，得到1-25MeV准准单色单色极化极化 束，束，开展低能极化核物理、核天体物理和强开展低能极化核物理、核天体物理和强 源的应用研究。源的应用研究。该项工作将扩展上海该项工作将扩展上海同步辐射装置的应用领域，把核技同步辐射装置的应用领域，把核技术和核分析手段引入同步辐射装置的应用中；同时为国术和核分析手段引入同步辐射装置的应用中；同时为国内开创了光核物理研究新领域，提供了一个极为难得的内开创了光核物理研究新领域，提供了一个极为难得的实验平台；也为研究激光与电子相互作用机制作了技术实验平台；也为研究激光与电子相互作用机制作了技术储备。储备。三类三类 光源：光源：康普顿背散射、韧致辐康普顿背散射、韧致辐射、束发射射、束发射F低能极化或非极化射线束一直是研究核天体物理、原子核物理及相关领域强有力的探针之一，具有以下优点以下优点：1）电磁相互作用形式是已知的，能作微扰处理；2）电磁耦合作用是小的(=1/137)，使虚光子或实光子可以穿透核，探索内部硬的核心。F国外新一代电子加速器和同步辐射光源已可提供极化准单色光子束，推动了光子在自由和束缚核子上的散射和反应的实验研究。康普顿背散射（康普顿背散射（BCS）方法有几个优点：）方法有几个优点：F采用采用BCS方法的低能光子造成的本底要比韧致辐射小得多；方法的低能光子造成的本底要比韧致辐射小得多；FBCS方法最显著的特点是通过调节激光极化度可以得到几乎方法最显著的特点是通过调节激光极化度可以得到几乎100%线或圆极化度的线或圆极化度的光子，因此以光子极化度作为一个实验可观察量来开展相关实验研究有其优越性。光子，因此以光子极化度作为一个实验可观察量来开展相关实验研究有其优越性。而且，在不改变实验条件的情况下，改变激光束的极化可以很便捷地改变而且，在不改变实验条件的情况下，改变激光束的极化可以很便捷地改变BCS 的的极化方向。极化方向。F准单色，可以开展精确的核结构测量，如核共振荧光激发等；准单色，可以开展精确的核结构测量，如核共振荧光激发等；II、世界上现有、世界上现有 束线站的简束线站的简介介高能高能 光束线光束线Spring-8ResultM=M=1.54 0.01 GeVGG 25 MeVGaussian significance 4.6 Q Q+Q Q+ +C(n/p)K-K+(n/p)Cuts:nof fK+K-norecoilp( nonly)MissingmassfornPRL91,012002(2003);SCIcitation:177M=1555M=1555 1010MeVG2626MeV7.8 CLAS/JLABResultsPhys.Rev.Lett.91,(2003)252001M=1542M=1542 5 5MeVG21110MeV或更高）核反应实验曲线向低能范围外推而求得的。由于许多原子核的低激发共振能级尚未知晓，这种外推结果往往不可靠。例如：由于19821984年间实验发现16O的两个阈下共振能级以及某些能态间的相干作用，使得对大质量恒星演化极为关键的核反应12C+ 16O+的截面值发生了几倍的变化（可能35倍），但至今仍未定论。利用库仑离解方法库仑离解方法可以实现这一测量：天体中感兴趣的反应过程为b+ca+，利用测量时间反演反应a+b+c+Q来代替直接测量。利用细致平衡原理，可获得天体物理中感兴趣的恒星温度时反应截面和反应率，同时具有较大反应截面和分解（breakup）运动学灵活性的优点。库仑离解方法图解：库仑离解方法图解：举出几个感兴趣的辐射俘获反应举出几个感兴趣的辐射俘获反应:从从14N到到Mg轻核轻核a a俘获反应的研究直接相关大质量的氦燃烧核中的弱俘获反应的研究直接相关大质量的氦燃烧核中的弱s过程分量过程分量中中 的产生。如在恒星温度时对的产生。如在恒星温度时对18O(a,a,)22Ne、22Ne(a,a,)26Mg低能反应的精确测低能反应的精确测量对研究在恒星氦燃烧条件时中子通量非常重要。量对研究在恒星氦燃烧条件时中子通量非常重要。15N(a,a,)19F和和19F(p, ,)20Ne反应研究：质量反应研究：质量18M0恒星的后阶段各种氢、氦和碳恒星的后阶段各种氢、氦和碳燃烧带中核合成中，观察到燃烧带中核合成中，观察到19F丰度由来仍是未知。一种可能是在丰度由来仍是未知。一种可能是在AGB星中氦星中氦燃烧壳的热脉冲中通过燃烧壳的热脉冲中通过18O(p,a,a)15N(a,a,)19F反应合成，上述实验对研究反应合成，上述实验对研究19F在热在热脉冲产生和消耗预言提供有用数据。脉冲产生和消耗预言提供有用数据。4He(a an, ,)9Be反应是天体物理中一个关键过程，除可进行反应是天体物理中一个关键过程，除可进行9Be直接光子分解研究，直接光子分解研究，9Be上述库仑离解实验也是值得做的。因为实验室中不能以直接方式获得双中上述库仑离解实验也是值得做的。因为实验室中不能以直接方式获得双中子俘获反应情况，考虑用库仑离解率来研究子俘获反应情况，考虑用库仑离解率来研究(n, ,)和和(2n, ,)俘获反应也很有意俘获反应也很有意思。思。要了解恒星中氦燃烧过程和碳氧比，必须得到相应能量要了解恒星中氦燃烧过程和碳氧比，必须得到相应能量(300KeV)的的12C(a,a,)16O反应数据。此能量截面估计值约反应数据。此能量截面估计值约10-8nb，实验室无法测量。实验上已获得最低，实验室无法测量。实验上已获得最低能量为能量为1.2MeV的截面值，必须通过外推到的截面值，必须通过外推到300KeV，外推主要误差来自，外推主要误差来自a a粒子粒子能量在能量在1MeV附近许多共振对截面的贡献。为解决这个问题附近许多共振对截面的贡献。为解决这个问题可采用可采用8.3MeVBCS极化极化 束，产生束，产生1MeVaa粒子，通过逆反应进行研究粒子，通过逆反应进行研究。FB2FH理论描述p过程核的形成有两个可能机制：在热丰质子环境中质子俘获或热环境中光子诱发的r-过程中的光致蜕变。r-过程典型参数是温度2T93。类超新星的富氧和富氖层似乎是发生r-过程一个好的地点，但没有定论，由于缺少在天体物理能量处r-诱发反应的截面和反应率实验数据。F目前除一些p过程核(n)数据和Zr及Mo少量(p,)反应率外，几乎没有实验数据。70Ge和144Sm仅有两个(,)值，而且144Sm(,)发现与过去计算明显不符。F首先应在稳定同位素上进行新的测量，优先在靠近中子和质子幻数核上，因为在那里应用统计模型通常特别困难。为达到这个目的， 射线活化技术证明是在合理时间和开支下，收集大量数据的有效工具，更简单、灵敏度更高。2、低能光核反应截面的、低能光核反应截面的直接测量直接测量( ,n)、( ,p)和和(,a,a)：利用核共振荧光利用核共振荧光(NRF)进行核激发态的宇称、进行核激发态的宇称、跃迁多极性测量跃迁多极性测量通过极化的低能准单色射线，还可以研究核激发态的宇称测量。DUKE大学用56MeV的高强度极化的低能准单色射线，能用很短的束流时间确定激发态的宇称。Phys.Rev.Lett.88,12502(2001);Phys.Rev.Lett.78,4569(1997);高同位旋高同位旋(N/Z)核的结构研究核的结构研究高同位旋的物理是当今核物理发展的高同位旋的物理是当今核物理发展的一个主要方向。如中子晕的发现。另一个主要方向。如中子晕的发现。另外，发现了中子皮与核芯的矮共振。外，发现了中子皮与核芯的矮共振。可以用低能可以用低能准单色准单色 射线来系统研究射线来系统研究不同同位旋核的矮共振的系统学。不同同位旋核的矮共振的系统学。Phys.Rev.Lett.93,192501(2004);Phys.Rev.Lett.89,272502(2002);Phys.Rev.Lett.85,274(2000)F奇异核的奇异核的反应总截面反应总截面比相邻核素有很大增强。比相邻核素有很大增强。F碎片碎片横向动量分布非常小横向动量分布非常小。例：巨共振区中例：巨共振区中18O光子光子吸收截面中精细结构高分吸收截面中精细结构高分辨测量辨测量(利用ETL的LCP束)VI、SLEGS项目预制研究计划项目预制研究计划1、开展上海激光电子伽玛源（开展上海激光电子伽玛源（SLEGS）的预制研究，完成）的预制研究，完成在上海光源大科学装置上建立低能在上海光源大科学装置上建立低能MeV量级量级 束束线站的线站的物物理设计报告理设计报告2、完成、完成SLEGS所需的分子气体激光器、激光反馈控制系统、所需的分子气体激光器、激光反馈控制系统、 射线射线探测系统等探测系统等关键部件的研制关键部件的研制工作工作3、与大阪大学合作与大阪大学合作，参与在，参与在Spring-8上完成上完成低能低能 束线束线的建的建设，并首先开展核天体物理中两个重要的辐射俘获反应的设，并首先开展核天体物理中两个重要的辐射俘获反应的实验测量，为将来在实验测量，为将来在SLEGS上开展基础和应用研究做前期上开展基础和应用研究做前期的科学研究准备的科学研究准备4、在束线站未立项之前可开展远红外激光从前端区入射到、在束线站未立项之前可开展远红外激光从前端区入射到相互作用点的传输、聚焦以及相互作用点的传输、聚焦以及 光子产生率、剖面等的光子产生率、剖面等的理理论研究论研究，同时对利用极化，同时对利用极化 束线发展的实验方法，如快束线发展的实验方法，如快慢正电子、极化正电子源等可进一步探讨。慢正电子、极化正电子源等可进一步探讨。关键部件的研制关键部件的研制远红外专用激光器的研制：远红外专用激光器的研制：采用高功率采用高功率COCO2 2混合气混合气体激光器作为光泵，驱动各种介质的气体分子激光体激光器作为光泵，驱动各种介质的气体分子激光器，可以得到波长范围在几十几百器，可以得到波长范围在几十几百m mm m之间的远红之间的远红外激光。外激光。要解决的关键问题：要解决的关键问题：研制气流式的研制气流式的COCO2 2混合气体激混合气体激光器，通过试验找到最合适的混合气体组成，能够光器，通过试验找到最合适的混合气体组成，能够同时产生多个远红外激光波长。实际建立同时产生多个远红外激光波长。实际建立 光束站光束站所需要的分子气体激光器功率很高，现有经费不足所需要的分子气体激光器功率很高，现有经费不足于建立此系统。因此我们计划首先研制功率相对较于建立此系统。因此我们计划首先研制功率相对较低的分子气体激光器，选定混合气体的比分，并调低的分子气体激光器，选定混合气体的比分，并调试该波长激光的聚焦和引入的光学系统。同时建立试该波长激光的聚焦和引入的光学系统。同时建立远红外激光测试系统，监测分子气体激光器产生的远红外激光测试系统，监测分子气体激光器产生的激光波长。激光波长。激光引入相互作用区和反馈监测系统的研制：激光引入相互作用区和反馈监测系统的研制：因为因为远红外激光的波长很长，聚焦情况的好坏和稳定性远红外激光的波长很长，聚焦情况的好坏和稳定性对产生对产生 光束的通量影响很大。为此激光同电子相光束的通量影响很大。为此激光同电子相互作用以后，由激光监测系统收集，通过系统的反互作用以后，由激光监测系统收集，通过系统的反馈对聚焦情况进行调节，以得到最优化的馈对聚焦情况进行调节，以得到最优化的 光能谱。光能谱。完成以上研制以后，在条件许可下，我们计划尝试完成以上研制以后，在条件许可下，我们计划尝试在应用物理所已建成的在应用物理所已建成的100MeV100MeV直线电子加速器上，直线电子加速器上，进行进行初步的系统性测试初步的系统性测试。将相对功率较低的远红外。将相对功率较低的远红外激光引入同相对论电子相互作用，测量产生激光引入同相对论电子相互作用，测量产生 光的光的能谱和空间分布。重点在于优化激光引入相互作用能谱和空间分布。重点在于优化激光引入相互作用区的光路图、激光的聚焦和调焦、激光电子相互作区的光路图、激光的聚焦和调焦、激光电子相互作用点的调节。通过调试摸索一些经验应用于将来的用点的调节。通过调试摸索一些经验应用于将来的低能低能 光束线站的研制。光束线站的研制。 具体的经费安排：具体的经费安排：CO2混合气体激光器光泵分子气体激光器3030万两个激光器所需要的气体及气路控制系统10万激光引入和聚焦的光路系统（包括金刚石窗等）20万激光反馈控制系统20万束流位置监测系统、能谱仪（包括信号引出）30万电子学插件20万测量 光能谱的多道（8192）数据获取系统15万 光引出的束流管道、真空系统及支架、准直器10万激光实验室建设， 探测器实验室建设20万参与国外合作研究的人员差旅费和部分材料费40万科研业务费10万劳务费、科研管理费45万总计：300万元进度安排进度安排0505年年年年: :参与参与参与参与SpringSpring8 8的光束线建设，完成一项的光束线建设，完成一项的光束线建设，完成一项的光束线建设，完成一项实验实验实验实验 , ,激光器的准备，开始物理设计报告激光器的准备，开始物理设计报告激光器的准备，开始物理设计报告激光器的准备，开始物理设计报告0606年年年年: :整套整套整套整套SLEGSSLEGS系统的研制，完成另一项实系统的研制，完成另一项实系统的研制，完成另一项实系统的研制，完成另一项实验验验验SpringSpring8 8的实验，细化物理设计报告，并的实验，细化物理设计报告，并的实验，细化物理设计报告，并的实验，细化物理设计报告，并提出申请提出申请提出申请提出申请0707年年年年: :争取在争取在争取在争取在100MeV100MeV直线电子加速器上产生伽直线电子加速器上产生伽直线电子加速器上产生伽直线电子加速器上产生伽马光的试验，积累优化极化伽马光的调试的经马光的试验，积累优化极化伽马光的调试的经马光的试验，积累优化极化伽马光的调试的经马光的试验，积累优化极化伽马光的调试的经验。验。验。验。VIII、总结、总结：产生方式产生方式: 激光光子和高能电子发生康普敦背散射激光光子和高能电子发生康普敦背散射电子束特性电子束特性: 3.5GeV, 200mA激光系统激光系统: 远红外激光远红外激光低能低能 光子束性质光子束性质: 125MeV,107-108s-1,100%线或圆极化线或圆极化, 准单色准单色 -ray科学目标科学目标: 核物理、核天体物理及相关应用研究核物理、核天体物理及相关应用研究Thanks!SLEGSExperimentalCollaborationY.G.Ma,X.Z.Cai,W.Q.Shen,W.Guo,J.H.Gu,D.Q.Fang,C.Zhong,W.D.Tian,J.G.Chen,Y.B.Wei,ShanghaiINstituteofAppliedPhysics,CASFSpring-8上低能上低能 束线站建设取得的一些结果：束线站建设取得的一些结果：远红外激光系统远红外激光系统远红外激光的特性远红外激光的特性远红外激光的传输系统远红外激光的传输系统MeV- 光束线的产生率光束线的产生率远红外激光的稳定性远红外激光的稳定性