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耗資9.42億美元！核物理學家的最大愿望實現(xiàn)了

發(fā)布日期： 2022-05-05 18:09:49 來源：中國科學報

核物理學家的一個最大愿望終于實現(xiàn)。據(jù)《自然》報道，經(jīng)過幾十年的等待，一部耗資9.42億美元的加速器于5月2日在美國正式投入使用。相關實驗將描繪原子核景觀的未探索區(qū)域，并揭示恒星和超新星爆發(fā)如何創(chuàng)造宇宙中的大多數(shù)元素。

這一名為稀有同位素束流設施(FRIB)的加速器位于密歇根州立大學，于2014年開始建造，并于去年年底完工，其預算大部分由美國能源部資助。它取代了位于同一地點的美國國家科學基金會加速器，即國家超導回旋加速器實驗室(NSCL)。

圣母大學實驗核物理學家Ani Aprahamian表示，該項目實現(xiàn)了整個核物理界的夢想。田納西大學研究核物理的Kate Jones則對此表示同意，“這是我們期待已久的設施”。

幾十年來，核物理學家一直在推動建立一個能夠比NSCL和全球類似加速器產(chǎn)生稀有同位素速度快幾個數(shù)量級的設施。20世紀80年代末，科學家首次提出了該加速器的建議，并在90年代達成共識。理論核物理學家、FRIB首席科學家Witold Nazarewicz說：“核物理界的人士堅持認為，我們需要這樣的工具。”

所有FRIB實驗都將在地下開展。一種特定元素(通常是鈾)的原子將被電離，并被送入一個450米長的加速器，加速器會像回形針一樣彎曲，以適應150米長的大廳。在管道末端，離子束將撞擊一個石墨輪，石墨輪不斷旋轉(zhuǎn)，以避免任何特定的位置過熱。大多數(shù)原子核會穿過石墨，但有一部分會與其碳原子核碰撞。這導致鈾原子核分裂成更小的質(zhì)子和中子組合，而每一個原子核都代表著不同的元素和同位素。

隨后，由各種原子核組成的光束將被引導至地面的“碎片分離器”。分離器由一系列磁鐵組成，后者會使每個原子核向右偏轉(zhuǎn)，而每個原子核的角度取決于其質(zhì)量和電荷。通過微調(diào)，F(xiàn)RIB能夠為每個特定實驗產(chǎn)生完全由一種同位素組成的光束。

最后，所需同位素可通過束流管到達實驗大廳。FRIB科學總監(jiān)、核物理學家Bradley Sherrill表示，就最稀有的同位素而言，生產(chǎn)率可能低至每周一個原子核，但FRIB將能夠產(chǎn)生和研究幾乎每一種原子核。

FRIB的一個獨特之處是它有第二個加速器，可以接收稀有同位素并將其撞擊到固定目標上，以模擬恒星或超新星內(nèi)部發(fā)生的高能碰撞。(作者：辛雨 )