超級(jí)對(duì)撞機(jī)概念設(shè)計(jì)報(bào)告出爐

11月14日下午，大型環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）研究工作組正式發(fā)布了CEPC的《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》。

CEPC以秦皇島地質(zhì)結(jié)構(gòu)為參考，進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)研究，預(yù)期于“十四五”開(kāi)始建設(shè)，并于2030年前竣工，預(yù)估將耗資300多億人民幣。按照概念設(shè)計(jì)，CEPC將是一個(gè)埋在地下100多米處、周長(zhǎng)100公里的“大圈”，這個(gè)“大圈”由兩大部分組成，一部分是加速器，另一部分是探測(cè)器。

加速器主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生正負(fù)電子并加速，最終精確聚焦對(duì)撞、制造極端環(huán)境，產(chǎn)生具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值的物理事件。其主要組成部分是一個(gè)小型直線(xiàn)加速器和一個(gè)與對(duì)撞儲(chǔ)存環(huán)同樣長(zhǎng)度的增強(qiáng)器，把正負(fù)電子的能量提高到研究所需的值。能量達(dá)到研究所需后，粒子就會(huì)送入兩個(gè)儲(chǔ)存環(huán)進(jìn)行對(duì)撞。

探測(cè)器則相當(dāng)于具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，由多種不同的子探測(cè)器組成，用來(lái)記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子，同時(shí)，這個(gè)“照相顯微鏡”也會(huì)采用最新的軟件技術(shù)，與最新的大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等發(fā)展緊密相關(guān)。

在設(shè)計(jì)CEPC大致模樣的同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還規(guī)劃了前10年的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。最初的7年內(nèi)，CEPC將在質(zhì)心能量2400億電子伏特（240GeV）處運(yùn)行，以研究希格斯粒子。隨后兩年，CEPC將在910億電子伏特（91GeV）處運(yùn)行，以研究Z玻色子和重味物理。另外1年時(shí)間，CEPC計(jì)劃在1600億電子伏特（160GeV）附近研究W玻色子物理。

而在這10年后，CEPC未來(lái)可能的發(fā)展方向之一是升級(jí)為超級(jí)質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SppC），質(zhì)心能量將達(dá)到100萬(wàn)億電子伏特（100TeV），以便在大范圍內(nèi)直接尋找新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。

EAST實(shí)現(xiàn)1億度等離子體運(yùn)行

近日，從中國(guó)科學(xué)院獲悉，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所自主設(shè)計(jì)研制的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”（EAST）實(shí)現(xiàn)了1億度等離子體放電。

繼2017年創(chuàng)造了101.2秒高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄后，EAST的2018年度物理實(shí)驗(yàn)面向未來(lái)聚變堆先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式的發(fā)展和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行下的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)展了高功率加熱下堆芯物理機(jī)制研究的系列實(shí)驗(yàn)。

中國(guó)超級(jí)對(duì)撞機(jī)預(yù)期于“十四五”開(kāi)建

科研人員通過(guò)優(yōu)化穩(wěn)態(tài)射頻波等多種加熱技術(shù)在高參數(shù)條件下的耦合與電流驅(qū)動(dòng)、等離子體先進(jìn)控制等，結(jié)合理論與數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)加熱功率超過(guò)10兆瓦，等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦；在電子回旋與低雜波協(xié)同加熱下，等離子體中心電子溫度達(dá)到1億度。

科研人員還開(kāi)展了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，有效拓展了適應(yīng)于聚變堆高性能等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模式的運(yùn)行區(qū)間；在類(lèi)似未來(lái)聚變堆條件下，實(shí)現(xiàn)了高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式，獲得的歸一化參數(shù)接近未來(lái)聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件；利用多種技術(shù)演示了類(lèi)似國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）運(yùn)行條件下的邊界局域模及鎢雜質(zhì)的控制方法，實(shí)現(xiàn)了鎢偏濾器高約束模等離子體下穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷的主動(dòng)反饋控制。

科研人員認(rèn)為，EAST本年度取得的這些實(shí)驗(yàn)成果為未來(lái)ITER運(yùn)行和正在進(jìn)行的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆工程（CFETR）和物理設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與科學(xué)支持。

據(jù)了解，EAST是等離子體所自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克，瞄準(zhǔn)未來(lái)聚變能商用目標(biāo)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，近年來(lái)在高性能、穩(wěn)態(tài)、長(zhǎng)脈沖等離子體研究方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。

“元器件使用可靠性智慧化解決方案”發(fā)布

11月9日，2018智慧化元器件與可靠性大會(huì)在北京召開(kāi)，會(huì)上發(fā)布了“元器件使用可靠性智慧化解決方案”，有望使國(guó)產(chǎn)元器件的選用效率由兩個(gè)月縮短至5分鐘。

中國(guó)載人空間站工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘表示，以芯片、集成電路為代表的元器件是國(guó)家工業(yè)的基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中重大裝備的基礎(chǔ)，是國(guó)之重器的核心關(guān)鍵之一。無(wú)論是載人航天的先進(jìn)載荷，還是國(guó)防科技工業(yè)的重大裝備，裝備的先進(jìn)性、可靠性和自主可控，都需要元器件的創(chuàng)新性、可靠性和國(guó)產(chǎn)化自強(qiáng)來(lái)支撐。

此次發(fā)布的“元器件使用可靠性智慧化解決方案”在國(guó)內(nèi)首次將元器件數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化；首次實(shí)現(xiàn)了“替代選型”智能化；首次實(shí)現(xiàn)了“統(tǒng)型”智能化；首次實(shí)現(xiàn)了元器件使用全生命周期管理互聯(lián)網(wǎng)化等。

該方案可使航天軍工設(shè)計(jì)師選用國(guó)產(chǎn)元器件的效率由兩個(gè)月縮短至5分鐘，其獨(dú)特先進(jìn)的算法、機(jī)器自主學(xué)習(xí)等，能夠?yàn)樵骷峁└珳?zhǔn)的選型和統(tǒng)型，并在保證型號(hào)統(tǒng)一、提升質(zhì)量、且盡量國(guó)產(chǎn)化的前提下節(jié)約驗(yàn)證成本。

“我們的核心成員都曾是載人航天頂級(jí)工程核心成員，在過(guò)去10余年間的元器件使用過(guò)程中，觸及到了許多行業(yè)痛點(diǎn)。”中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心可靠性保障中心主任、賽思庫(kù)CEO黨煒舉例說(shuō)，比如大量數(shù)據(jù)依靠“紙”制介質(zhì)進(jìn)行傳輸與存儲(chǔ)，或者是基礎(chǔ)的信息化手段進(jìn)行處理；全系統(tǒng)全壽命周期元器件管理“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重；國(guó)產(chǎn)元器件信息化非常落后；嚴(yán)重依賴(lài)有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家人為把關(guān)等。

黨煒希望，通過(guò)此次大會(huì)，相關(guān)機(jī)構(gòu)能共同研討“智慧化”賦能下的裝備元器件使用與可靠性管理，分析目前元器件管理現(xiàn)狀以及如何結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，“智慧化”賦能裝備的元器件使用與可靠性管理，助力空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用智慧化發(fā)展，助推“航天強(qiáng)國(guó)”“質(zhì)量強(qiáng)國(guó)”“數(shù)字中國(guó)”等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

第三代半導(dǎo)體前景廣闊

香山科學(xué)會(huì)議聚焦寬禁帶半導(dǎo)體

“隨著第三代半導(dǎo)體材料、器件及應(yīng)用技術(shù)不斷取得突破，甚至可能在21世紀(jì)上半葉，導(dǎo)致一場(chǎng)新的信息和能源技術(shù)革命?！痹?1月8日召開(kāi)的以“寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光的發(fā)展戰(zhàn)略”為主題的第641次香山科學(xué)會(huì)議上，與會(huì)專(zhuān)家指出，寬禁帶半導(dǎo)體核心技術(shù)一旦解決，必將引起應(yīng)用格局的巨大改變。

如今，半導(dǎo)體發(fā)展已經(jīng)歷了三代變革，極大地影響了社會(huì)發(fā)展進(jìn)程。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料由于禁帶寬度大，具有擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，因此在短波發(fā)光/激光、探測(cè)等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。其不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為耐用和可靠。

寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光方面優(yōu)勢(shì)明顯，其中，Ⅲ族氮化物成為其在深紫外光源領(lǐng)域研究的主要代表，尤其是氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）的發(fā)明，引起人類(lèi)照明光源的革新。日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二也因此獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這掀起了寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光研發(fā)的熱潮，并帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

申德振指出，我國(guó)在氮化鎵基短波LED領(lǐng)域整體水平與美日等發(fā)達(dá)國(guó)家差距明顯，主要體現(xiàn)在高質(zhì)量的氮化鎵和氮化鋁同質(zhì)單晶襯底和低缺陷密度鋁鎵氮的外延生長(zhǎng)與高鋁組分鋁鎵氮摻雜工藝等難題。此外，另一種寬禁帶半導(dǎo)體材料氧化鋅具有高的激子束縛能和優(yōu)異的光學(xué)特性，是實(shí)現(xiàn)深紫外激光器件的理想材料，將成為鋁鎵氮在深紫外光電領(lǐng)域應(yīng)用的重要補(bǔ)充，但其目前發(fā)展嚴(yán)重受限于P型摻雜技術(shù)。

為此，與會(huì)專(zhuān)家認(rèn)為，突破高質(zhì)量同質(zhì)單晶襯底制備和p型摻雜技術(shù)，是帶動(dòng)寬禁帶半導(dǎo)體紫外發(fā)光與激光器件進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。同時(shí)，寬禁帶半導(dǎo)體的單體點(diǎn)缺陷表征和調(diào)控也是亟須解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題。因此，我國(guó)應(yīng)加大在寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域的投入，解決該領(lǐng)域的核心科學(xué)和技術(shù)難題，爭(zhēng)取擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，推動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展。