年度研究工作和水平
更新时间:2016-01-09                                  浏览次数:442

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着眼于国家安全和能源方面的需求,重点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材料、生物、环境中的应用。总体定位为以基础研究为主,围绕限制基础研究的特殊技术进行攻关,开展应用基础研究,重点攻关国防、新能源科学、高端制造和精密测量中的技术难题,拓展本实验室传统的核技术在材料、生物、环境中的应用,为国家安全、能源发展和国民健康服务。目前有四个研究方向:

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

依托复旦大学与中国工程物理研究院联合成立的上海EBIT联合实验室,自主研发了国际第八台、国内唯一一台低温高能电子束离子阱装置(EBITElectron Beam Ion Trap——上海EBIT,开展高电荷态离子相关物理学研究的强有力工具。同时还研制了两台超低能EBIT装置,其运行指标达到国际最高水平。在此基础上建立了基于EBIT的光谱学研究平台,开展激光核聚变、磁约束核聚变等离子体原子过程和原子参数的测量研究工作,为核聚变等离子体诊断和国防科技研究提供重要的原子参数。该方向在高电荷离子物理领域很有影响力,在国际上处于领先水平。

2)离子束分析技术及应用

依托2×3MV串列静电加速器,在基于加速器的离子束物理和应用技术研究方面是国内起步最早单位之一。建立了多路研究终端,包括微米束探针系统、卢瑟福背散射测量系统、MeV离子束注入系统、沟道三维定角器测量系统、质子激发X射线荧光分析系统、单粒子束辐照系统及配套的生物医学研究平台等等。离子束分析技术在国内处于先进水平,其中STIM-CT分析在国内首屈一指。着眼于国家在国防、能源和国民健康方面的需求,将离子束分析与核科学、生物医学及环境科学的前沿和热点紧密结合,重点在材料物理、生物医学、科技考古、负离子和典型环境污染物、等领域开展了研究工作。

3)计算物理

该学科方向重点开展计算材料、原子碰撞、强场物理、核子相互作用的理论研究。在计算材料方面,建立的单原子统计模型可望在非平衡体系的时间演化研究、纳米器件设计和新型材料设计方面得到应用,特别是军工技术急需的耐高温喷气发动机叶片材料的研制;围绕新能源的新型裂变堆和聚变装置需要耐辐射材料研究也是我们的重点。在强场物理研究方面,展开了强激光等离子体相互作用、真空激光激加速和光场结构描述的研究,特别是真空激光加速方面我们在国内外已有一定声誉,提出的真空激光俘获加速机制得到了国内外关注,美国布鲁克海文实验室还特组织实验来验证我们的方案。

4)精密测量物理

针对“十三五国家大科学工程建设规划——超高精度离子阱(SUPERTRAP)”,以精密碰撞动力学平台和极化原子实验平台为基础,于2013年组建的新学科方向。SUPERTRAP建议由本实验室提出,201012月通过了科技部、发改委、财政部联合组织的专家终审。该方向自主研发了精密碰撞动力学平台和激光极化原子研究平台,达到国际同类装置先进水平。引进瑞典斯德哥尔摩大学SMILETRAP离子阱系统,用于开展SUPERTRAP项目的前期预研和必要的人才队伍建设。

2013年度,获批准国家自然科学基金面上项目5项,青年基金1项。在研国家自然科学基金项目7项(重大研究计划1项,面上项目4项,联合资助项目1项,青年基金1项);在研省部级项目4项,其中科技部国际热核聚变实验堆ITER计划项目1项,国防重大专项子课题1项,上海市自然科学基金1项,国际原子能机构资助1项;在研上海市教委科研创新重点项目1项,新进青年教师启动项目1项。全年科研经费到款金额347万元。发表SCI论文35篇。为研究生开设课程共20门。

1.1  实验室最新研究进展

1. 启动SUPERTRAP校内预研

 SUPERTRAP为“十三五”重大科研基础设施项目。1月,从瑞典斯德哥尔摩大学引进了SMILE-TRAP装置;6月,向学校提交预研究计划;9月,获得复旦大学校长办公会批复预研立项;11月,科研处主持召开专家讨论会和项目推进会,副校长金力和各相关职能部门负责人以及校内多名专家参会,为培育计划提出意见和建议;12月,拜访中国科学院上海应用物理研究所的上海光源项目负责人及部分管理人员,就大科学装置建设管理和人才队伍建设的模式进行研讨。

1.2  重要研究成果介绍

1. 上海EBIT装置大修、优化改造完成

201212月,历时3年的上海EBIT(电子束离子阱)装置升级改造工作完成。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。上海EBIT装置的改建为开展高电荷态离子物理、等离子体分解研究及高电荷态离子与表面相互作用等研究打下基础。20132月,上海EBIT装置完成优化改造重新出束,电子束能量最高到达100keV,束流强度最大到达135mA