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大科学工程促进和拉动高技术的发展(040130)
时间 : 2004-01-30     

 北京正负电子对撞机(BEPC)于198810月在中国科学院高能物理所建成。BEPC占地5万平方米,由注入器(BEL)、输运线、储存环、北京谱仪(BES)和北京同步辐射装置(BSRF)等几部分组成。BEPC的主要科学目标是开展τ、粲物理研究,同时可利用同步辐射光开展多学科的应用研究,做到"一机两用"BEPC有两种运行模式:兼用模式优化于高能物理对撞实验,同时也提供同步辐射光;专用模式专用于同步辐射研究。

 

北京正负电子对撞机(简称BEPC)是我国在20世纪80年代建成的一台高能粒子加速器。虽然BEPC的设计主要是在吸收国外先进技术的基础上进行的,但是在引进过程中并不是照搬照抄,从工程设计到设备制造工艺都有所创新。比如:BEPC的磁聚焦设计和为补偿谱仪的螺旋形磁场所采取的方法都是世界上独一无二的。当时,通过BEPC关键部件的研制生产,高技术向产业转移,使我国在电子学技术、微波和高频技术、真空技术、电磁铁和大功率高稳定度电源制造技术、同步辐射光学工程技术等方面有了较大突破和提高,有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。

 

由于高能物理实验数据量大、数据率高的特点,BEPC的探测器--北京谱仪(BES)电子学系统性能好、速度快、精度高,有二万多个信号通道,并有很高的时间分辨率和电荷或幅值分辨率,以及几千小时连续工作的稳定性和可靠性。系统包括数千个电子学插件、大量混合集成电路、触发判选逻辑电路、条件参量监测系统等,均采用了当时的新器件、新技术、新工艺和国际标准,在发展高能电子学技术的同时,对我国电子学技术的发展和应用做出了贡献。70年代中期,高能所就研究和引进国际最先进电子学技术,并使 NIM(核仪器组件)系列和 CAMAC(计算机自动测量和控制)系列国产化(后分别被认定为国家标准),在科研院所、高校、企业等许多单位的多个领域得到广泛应用。随着国际上电子学技术的不断发展,高能所又引进了快总线(FASTBUS)标准、VMEbus标准、NIM/GPIB标准,进行了大量研究工作。在使对撞机控制系统、谱仪电子学系统性能升级到新的水平的同时,通过国内各种形式的学术交流、技术合作、技术开发等,将新技术推广到国内电子学技术的应用中。

 

BEPC的建造也推动了我国微波和高频技术的发展,在我国电视和广播事业八十年代的大发展中发挥了积极作用。在高能粒子加速器中应用的微波功率源和高频发射机要求高功率、长寿命和工作频率稳定等。BEPC工程建设中组织了大功率调制器和速调管、高频机和高频腔的技术攻关。研究所和企业的科技人员共同努力,解决了陶瓷封接技术和工艺、功率输出窗工艺、大尺寸钡钨阴极灯丝结构及制造工艺、波导元件材料和工艺等技术问题。研制成功了34兆瓦速调管、大功率调制器、高功率微波传输特种波导元件(波导阀门、耦合器、移相器)等,使国产速调管实现了高功率、高稳定度和长寿命的技术要求。国产调制器功率从50兆瓦提高到100--200兆瓦;速调管微波功率从20兆瓦提高到34兆瓦,工作寿命从1千小时提高到1万多小时,甚至达到2万小时。能够批量制造微波功率传输元件和特种波导元件。"八·五"期间的几大加速器工程,如合肥同步辐射光源注入器、北京自由电子激光装置、上海自由电子激光装置等均采用了国产微波功率源和国产特种波导元件。90年代还出口到韩国、巴西、意大利、法国、美国。同时,企业将多项技术用于彩色电视发射机速调管的批量生产,以及与雷达、通讯设备配套的速调管批量生产中,实现了千瓦级速调管和调制器的国产化,形成了规模生产能力。

 

BEPC的建造使我国真空技术提高到了新的水平。在大型加速器建造中,研制成功了超高真空溅射离子泵、分布式离子泵和超高真空阀(包括气动阀、充气阀、微调阀、快速保护阀等);解决了超高真空系统联结和密封问题;研制了超高真空规管、控制电源及真空检测系统等。使我国在大容积超高真空技术方面达到了国际水平,具有了超高真空获得、检测等成套设备的批量生产能力,为我国高技术的发展提供了一项基础技术。承担任务的上海真空泵厂、沈阳科学仪器研制中心、北京科学仪器研制中心等单位,均具有了生产超高真空系统的能力,向科研单位、航天工业、电子工业等部门提供了优质产品,并有出口。

 

BEPC的建造使我国电磁铁和大功率高稳定度电源制造技术达到国际水平。高能粒子加速器需要大量强磁场和高稳定性的电磁铁。高能所实验工厂、上海先锋电机厂、中科院合肥等离子体物理所等单位都承担对撞机工程多种类型电磁铁的试制和生产任务。通过组织攻关,解决了各个环节上的技术困难,完成了批量生产任务,产品性能达到了国际水平。上海先锋电机厂把大型精密冲模制造、冲片、叠装、焊接、异形铜管试制、绝缘包扎、绕制、钎焊、分装、总装等一系列技术应用到了大型电机、高压电机的生产中,改革了生产工艺,大大提高了国产大型电机的质量,而且开发了新产品。近十年来,高能所与美国、日本多个加速器工程合作,承担了各种磁铁的研制和生产任务,以优异性能获得良好信誉。

 

粒子加速器电磁铁励磁电源要求高流强和高稳定度的电源。西安电力整流器厂和北京变压器厂等通过联合攻关,掌握了远程自动控制、状态显示和联锁保护技术,完成了批量生产任务,达到国外产品的质量标准。企业把掌握的新技术用到了常规产品的设计和生产中,借鉴了高稳定度电源控制原理和电路设计,在常规产品上实现了电路集成化,从而提高了产品质量并减小了体积,获得了很好的经济效益。

 

BEPC工程的作用决不仅限于为基础研究提供更先进的科研手段和条件,由于对撞机的建造牵扯到的学科综合、技术精尖,实际上促进、推动了我国高科技领域多方面的发展,特别是有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。在工程建设的联合攻关中,企业从科研单位无偿得到科技信息和资料,成为企业继续发展的无形资产;高技术向产业转移,改进了生产工艺和质量保证体系,提高了产品质量和开发出新产品。企业由此得到的不仅是直接的经济效益,而且也得到了进一步发展的动力和机会。

 

大科学工程的建造是科技创新的沃土。学科研究的结果带来科学创新,研究手段的改进提高带来技术创新。大科学工程的建造及其实验装置的研制过程,集中了各行各业的理论和实验人才,构成多学科的界面和边缘学科的生长点,提供了学术思想相互启发的环境,BEPC的建造也正是因为这样,才能"青出于蓝而胜于蓝",才能在建成后性能超过其他机器。

 

198810月,BEPC成功出束后,诺贝尔奖获得者李政道教授曾欣喜地说:"BEPC的项目在全国各重大工程中所占的比例尚小,但它能起一个示范作用,如果中国的科技和工业都能同样在消化外国最先进技术的基础上,真正依靠中国自己的力量,设计、研制、生产,认真抓紧质量,一步一步踏踏实实地前进,我相信在不太长时间就可以得到成果。"

 

BEPC荣获1990年国家科技进步特等奖,自运行以来得到了一批在国际高能物理界有影响的研究成果:"τ轻子质量的精确测量""Ψ(2S)粒子及粲夸克偶素物理的实验研究"获得国家自然科学二等奖;"北京谱仪Ds物理的研究"获得中科院自然科学一等奖;"J/Ψ粒子共振参数的精确测量"获得中科院自然科学二等奖等,对国际高能物理研究做出重要贡献,奠定了中国在国际高能物理界的地位。

 

点评:北京正负电子对撞机建成,在国内发挥了示范作用,奠定了中国在国际高能物理界的地位。它不仅对国际高能物理研究做出重要贡献,而且也使我国快电子学、微波和高频、超高真空、高精度磁铁和大功率高稳定度电源制造技术等方面有了较大突破和提高,有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。大科学工程的建造是科技创新的沃土。学科研究的结果带来科学创新;研究手段的改进提高带来技术创新。

 

http://www.ihep.ac.cn/dangqun/innovation/cases/040130.htm