一、年度研究工作和水平
复旦大学应用离子束物理教育部重点实验室结合国家基础研究和国防基础研究的发展需要、结合国家能源发展和民用核技术发展的需求，将研究重点放在解决国防科技及能源发展中的原子分子物理问题、探测技术问题、以及核技术在生物、环境、材料中的应用。总体定位以基础研究为主，同时围绕限制基础研究的特殊技术进行攻关，为能源发展、国家安全和国民健康服务。主要有三个研究方向：
（1）国防科技及能源发展中的原子分子物理及探测技术研究
工作重点围绕本实验室成功研制的国内第一台（也是唯一的一台）、国际第八台低温EBIT装置——上海EBIT装置，以及基于EBIT的高精度光谱学诊断和碰撞研究实验平台，利用EBIT装置在分解研究等离子体方面无与伦比的优势，开展等离子体中各种细致物理过程的分解研究，为核聚变等离子体诊断和国防科技研究提供重要依据。在探测技术方面，正在研制高效率高分辨率的X射线探测器——微卡计。目前正在进行科技部ITER重大专项研究课题《边界等离子体基本过程的实验和模拟研究》，主要研制超低能EBIT和超低能电子团注入装置，用以研究TOKAMAK边界等离子体的原子分子碰撞过程。
（2）核分析技术和等离子体技术及应用
重点应用离子束分析方法，同时发展和综合应用其它固体表面和核分析方法，开展聚变第一壁材料相关研究及半导体功能材料研究；人类老化机理、骨质疏松症的辅助研究、钙吸收通道的研究；特殊耐毒性植物用于环境污染检测的尝试性研究。目前正在进行科技部ITER重大专项研究课题《氘在碳、钨、锂、硅、硼膜材料中滞留特性研究》，研究不同等离子体面壁材料的氘滞留特点和机制，分析和比较其滞留、解吸特性，建立数据库，以减低氘滞留和发展优化氢同位素清洗技术，有效控制粒子再循环，维持等离子体的稳定运行，为发展新型第一壁材料和技术提供依据。另外，在学校985二期经费支持下，本实验室引进了一台90年代末英国Gray肿瘤研究所研制的单粒子细胞照射装置。该装置经过Gray肿瘤研究所十几年的不断改进，能对细胞在亚细胞结构上进行精确定位定量照射，是目前世界上最先进的微束装置之一。该装置安装在本实验室现有的串列加速器束流管道上，目前安装工作已完成，并调试出束，于2012年6月27日进行了验收。
（3）光与物质相互作用
拓展由本实验室最先开展的真空中激光加速电子的新机理研究，在提出对于任一聚焦的激光束存在低相速度的区域，并存在真空激光加速电子的可能性之后，进一步对均匀介质证明向速度可以仅用波的振幅分布来表示，进而证明对于任何实际光束都存在低相速度区。研究表明适当的光场分布可望逾越俘获加速入射动量的窗口限制，从而采用俘获加速实现多级加速成为可能。同时还积极开展光与物质相互作用的其它方向的研究，包括光与等离子体相互作用、光与原子、分子相互作用、量子光学通讯、高次谐波、啁啾脉冲激光加速电子机制及多频光场加速粒子等等。
2012年度，本实验室新增国家自然科学基金面上项目1项，该项项目将于2013年开始执行，获批准国家自然科学基金项目面上项目2项，已于本年度年开始执行，在研科技部重大研究专项ITER计划专项课题1项，上海市浦江计划1项，省部委项目7项，在研校青年基金1项。全年科研经费到款数为380.3万元，发表SCI论文38篇。此外本年度还为研究生开设课程共21门，为本科生开设课程23门。本年度实验室也积极参与国内外的学术交流，参加国内会议12人次，参加国际会议8人次。邀请到国内外专家教授到实验室讲学16人次，应邀到国外研究机构讲学7人次。
1.1 实验室最新研究进展
1. 上海EBIT装置大修、优化改造
实验室在2012年继续对上海EBIT装置进行大修、升级改造并于12月升级改造完成。此次升级改造历时3年，升级改造采用了大量新技术、新设计，升级后装置的稳定性、束流强度、能量、光子探测效率等核心指标较升级前均有大幅提高。项目由复旦大学上海EBIT实验室自主设计，新装置在原有装置的基础上进行革新和改良：全钛非对称完全可拆卸腔室结构、循环液化液氦低温制冷系统、超导磁体高强度芳纶悬挂、高温超导引线励退磁、聚酰亚胺（Vespel）材料优化绝热、钼制电子枪电极、钛制柔性波纹管研制、真空钎焊钛材工艺优化等。技术涵盖束流光学、超高真空、低温、超导、机械、准直、高压、信号测量、材料、工艺等。升级后的装置束流通路同心度优于0.05mm；总漏率<1×10-10torr•l/s；真空7×10-11torr；中心阱区磁场强度可达4.8T，均匀度3.3×10-4，电子束半径30~50μm。其主要技术指标——电子束流强度由原来的160mA提高到218mA，电子束能量由原来的130keV提升至151keV，在国际上12台同类装置中位列世界第二。由于升级后的装置电子束品质特别好，使我们得以观察到高电荷态离子电子复合过程中，双电子复合与辐射复合的量子干涉效应引起的共振能量的位移，揭示了一直以来用以描写双电子复合过程的两步模型的不足。升级完成后，为中物院的原子参数研究做出了贡献。
2、单粒子束装置最新研究进展
单粒子微束细胞精确照射技术能够精确操控加速器离子微束的辐照剂量，并可实施亚细胞尺度的准确定位照射。复旦大学单粒子微束于2009年开始建设。一期设计目标为实现针对单个活态生物细胞等微尺度生物样品精确可控的定量和定位辐照功能，实验室将由此重点开展放射生物学和重离子癌症放疗的生物医学基础研究。在此基础上，微束装置将进一步发展辐射损伤效应在线检测等相关技术，建设可开展辐射生物学、重离子放射治疗基础、微纳米功能材料等领域研究的单粒子微束综合实验平台。该装置安装在本实验室现有的串列加速器束流管道上，目前安装工作已完成，并调试出束，于2012年6月27日进行了验收。
2012年，进展如下：
1）、继续进行微束获取和束品质优化，在经历了长时间的反复和多种方案的尝试，并结合模拟计算，最终确定毛细管准直器的最佳长度为1mm左右，在内径1.5μm毛细管引出条件下，准直器出口测得3MeV质子微束分布半高宽为。2.2μm，已满足了进一步实施单粒子精确探测和亚细胞精确照射的关键要求。
2）、继续进行了单粒子精确定量照射性能的实验评测。采用CR39核径迹探测器对毛细管准直微束在单粒子探测器和计算机控制的快速束偏转开关控制下实现的单粒子定量照射精度进行了定量测评，结果显示当前微束已实现了高精确定量照射的预期指标，定量照射精度约在95%以上。
3、光与物质相互作用研究进展
通过啁啾脉冲激光加速的机制研究发现，啁啾脉冲激光加速机制和非啁啾的真空俘获加速机制（CAS）有很大差异，同时提出一个异或操作门的全光并行方案；对激光与粒子相互作用过程中涉及多频波时的模拟计算的算法研究表明，采用频率随时间变化的啁啾脉冲光场时，需要对归一化单位进行统一，相应其他量也需要进行相应转换。在强激光与等离子体相互作用的理论研究方面，分别进行了激光离子加速靶结构设计、激光固体靶相互作用中的反向库伦爆炸机理、以及激光等离子体中传播的能量输运和空泡理论方面的研究工作。该方向同时又围绕反应堆材料开展多尺度理论计算、H和He在材料中的行为及其产生损伤的机理研究、以及纳米合金的相图行为、石墨烯生长的早期机理研究。在纳米材料设计研究方面，单原子统计应模型成功应用于预测纳米器件的稳定性和体材料蠕变寿命上。该方向也进行了核物质单粒子特性的研究、三核子相互作用模型的构造与发展、核多体理论模型的进一步深化和完善方面的研究工作。
2012年，该方向共计发表论文23篇，出版高等量子力学教材一部。
1.2 重要研究成果介绍
1 基于上海EBIT装置的碰撞研究平台建设阶段成果
2012年8月由复旦大学现代物理研究所自主研制的高精度碰撞动力学研究平台在电子束离子阱（EBIT）实验室完成测试。该平台由超低能脉冲电子束系统和动量谱仪组成。电子束可以在0.5ns和1ns的脉冲宽度下工作，通过调节电子枪阳极电压和聚焦电压，在碰撞中心可以获得直径为1mm的低能脉冲电子束，并已实现电子束能量下限15eV。而基于超音速冷靶的动量谱仪是研究各种粒子与原子分子相互作用构成的最有力工具，由超音速气体冷靶（靶温度小于1K）、飞行时间谱仪、大面积多击响应位置灵敏探测器（有效面积直径75mm）、快电子学和多参数数据获取系统（时间分辨1ns，系统死时间小于10ns）构成。通过电子束系统与动量谱仪耦合，可以系统地研究低能电子与原子分子的相互作用过程，为理论模拟分子解离、库伦爆炸等碎裂动力学过程提供可靠的实验依据，同时也为磁约束核聚变的边界等离子体模拟和诊断提供实验数据。在该平台上，2012年完成国家科技部ITER计划专项的边界等离子体中原子分子过程的相关实验研究，目前正在承担国际原子能机构的研究项目。
