Project Introduction
北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一, 是我国第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施;由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外型像一只硕大的羽毛球拍。
北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置,也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。
BEPC自1990年建成运行以来,迅速成为在20亿到50亿电子伏特能量区域居世界领先地位的对撞机,优异性能为我国开展高能物理实验创造了条件,取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果。如:τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面(R值)的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X(1835)新粒子等;同时,BEPC“一机两用”,成为我国众多学科的同步辐射大型公共实验平台,取得了包括大批重要蛋白质结构测定在内的重要结果。
北京正负电子对撞机(BEPC)占地总面积达57500平方米,由电子注入器、储存环、探测器、核同步辐射区、计算中心等5个部分组成。正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速,并在指定的地点发生对撞,通过大型探测器--北京谱仪记录对撞产生的粒子特征。科学家通过对这些数据的处理和分析,进一步认识粒子的性质,从而揭示微观世界的奥秘。
90年代以来,高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。
Engineering Events
北京谱仪在2-5GeV能区的R值精确测量取得重要成果,得到国际高能物理界的高度评价。5GeV以下的R值是标准模型计算不确定性的重要部分,北京谱仪国际合作组充分把握了国际高能物理发展的最新动态,选定了这一在理论上有全局性重大意义、在实验上极富挑战性的课题,精心设计了全能区的实验方案。此项实验对加速器和探测器的性能及运行水平,对实验技术和数据分析方法以及理论模型等都是严峻的挑战。经过可行性研究,国际合作组把测量能区定为2-5GeV,精度目标定在7%左右,该指标对北京正负电子对撞机运行能量和北京谱仪测量精度的要求已经接近极限。为了完成R值精确测量实验,北京正负电子对撞机发挥了运行以来的最高水平,在如此宽的能量范围内长时间保持了长束流寿命和高亮度的稳定运行,这在国际高能物理实验研究中也属领先水平。北京谱仪在2-5GeV能区的近百个能量点上进行能量扫描测量,并在数据分析中,发展和应用了多项创新方法和理论模型,使测量的系统误差大大降低,平均测量精度达到6.6%,比国际上原有的实验结果提高了2-3倍。
“北京谱仪Ds物理的研究”获中科院自然科学奖一等奖。
“τ轻子质量的精确测定结果”获国家自然科学二等奖。
高能所计算机网络正式加入Internet和WWW。
中科院批准《北京正负电子对撞机改进项目可行性研究报告》、《北京谱仪改进项目可行性研究报告》。
高能所计算中心建成64K BPS高速网络,并与世界各高能物理实验中心相连,用于通讯和数据传输。同时,还为国内60余个研究单位和大学提供电子邮件和信息检索服务。
“τ轻子质量的精确测定结果”被评为1992年度全国十大科技成就之一。
北京正负电子对撞机国家实验室成立,方守贤任主任,丁大钊、郑志鹏任副主任,何祚庥院士为学术委员会主任。
高能所计算中心网络与美国SLAC实验室及国家能源超级计算中心(NERSC)连接。
同步辐射装置从调试转入试运行,并首次向国内用户开放。
北京正负电子对撞机通过国家验收。
对BEPC工程总体、土建工程、建安工程、器材设备、财务、档案等进行国家预验收。
北京同步辐射装置(BSRF)三个前端区、一块扭摆磁铁、三条光束线、两个实验站通过国家技术鉴定开始投入运行。鉴定委员会由29位专家组成。
BEPC辐射防护和剂量监测系统通过技术鉴定。
北京谱仪(BES)开始物理工作。
北京正负电子对撞机和北京谱仪通过技术鉴定。
北京谱仪投入试运行。
《人民日报》报道这一成就,称“这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”,“它的建成和对撞成功,为我国粒子物理和同步辐射应用开辟了广阔的前景,揭开了我国高能物理研究的新篇章”。
BEPC首次实现正负电子对撞,亮度达到8×1027/㎝2.s。完成了小平同志提出的“我们的加速器必须保证如期甚至提前完成”的目标。
正电子注入储存环并积累。
BEPC注入器总调成功,电子束流注入到储存环,并观测到了同步辐射。电子束能量为1.17GeV,脉冲流强140mA。
BEPC储存环和北京谱仪开始全面安装、调试。
BEPC注入器第一批部件进入隧道完成安装。
BEPC工程总体安装正式开始。
国务院批准了国家计委”关于审批北京正负电子对撞机(即8312工程)建设任务和规模的报告”(国家计委科[1984]1899号),明确了一机二用”的方针,增加了同步辐射实验区的建设。批准总投资为2亿4千万元(含引进用汇2500万美元),总建筑面积为54700平方米。工程建设实行经理负责制的投资包干责任制。
BEPC扩初设计审查会在京召开。会议通过了技术审查小组对工程的审查报告,并建议国家有关部门批准这项工程的扩初设计。
中央书记处第103次会议决定将北京正负电子对撞机(BEPC)工程列入国家重点工程建设项目,并成立由中国科学院、国家计委、国家经委、北京市的谷羽、林宗棠、张寿、张百发组成工程领导小组,谷羽任组长(1986年,周光召院长接任工程领导小组组长)。工程领导小组办公室设在中国科学院。14个部委组成了工程非标准设备协调小组,组织全国上百个科研单位、工厂、高等院校大力协同攻关,土建工程由北京市负责全力保证。
国务院批准国家计委《关于审批2×22亿电子伏正负电子对撞机建设计划的请示报告》。同意新建一台能量为2×22亿电子伏正负电子对撞机,工程正式立项。
高能所派出21名科技人员组成的考察组到美国斯坦福直线加速器中心进行设计考察,完成了对撞机工程初步设计第三稿,基本确定加速器的主要参数。
高能所完成预制研究方案的初步设计,试制关键部件样机。
高能所向中科院报送《玉泉路工程调整计划任务书》,计划建造一台2×22亿电子伏正负电子对撞机。
邓小平同志在中 国科学院关于建造2.2GeV正负电子对撞机建议报告上批示:“这项工程进行到这个程度不宜中断,他们所提方案比较切实可行,我赞成加以批准,不再犹虑。”
高能所在征求国内外专家意见的基础上提出了建造2×22亿电子伏正负电子对撞机的方案,在由国家科委和中国科学院召开的专家论证会上得到原则通过。
邓小平同志在国家科委、国家计委《关于加快建设高能物理实验中心的请示报告》(八七工程)上批示:“拟同意”。
国家计委向国务院提出了《关于高能加速器预制研究和建造问题的报告》(七五三工程)。刚刚复出主持中央工作的小平同志同意了这个报告,并转送周总理批示。
中国科学院高能物理研究所正式成立。
周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示:“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来,同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。”
张文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信,反映对发展中国高能物理研究的意见和希望。
Engineering parameters
BEPC由四大部分构成:注入器与束流输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置。
其鸟瞰图像一支硕大的羽毛球拍,由北向南而卧“球拍的“把”———注入器是一台长202m的行波正负电子直线加速器,电子枪产生的电子束在盘荷波导加速管中,就像冲浪一样骑在微波场上不断得到加速。
在电子束被加速到150Mev 时,轰击一个约 1cm厚的钨靶,由于级联簇效应产生正负电子对,将正电子聚焦、收集起来加速,就得到高能量的正电子束,正负电子束流通过输运线注入到球拍的“ 框”—储存环中,积累、储存、加速、对撞。正负电子束流在储存环 240m长的真空盒里做回旋运动,安放在真空盒周围的各种高精密电磁铁将束流偏转、聚焦、控制在环形真空盒的中心附近;高频腔不断把微波功率传递给束流,使之补充能量并得到加速;上百个探头密切检测束流的强度、位等性能;计算机通过各种接口设备,控制对撞机的上千台设备的工作! 当正负电子束流被加速到所需要的能量时,对撞点两侧的一对静电分离器被关断,正负电子束流就开始对撞,安放在对撞点附近的北京谱仪开始工作,获取正负电子对撞产生的信息,北京同步辐射装置(BSRF)的光束线和实验站也可以开展各种实验,BEPC储存环每隔4-6小时重新注入正负电子束流,重复以上过程。
Engineering graphics
Engineering video
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