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超級對撞機概念設計報告出爐

11月14日下午，大型環形正負電子對撞機（CEPC）研究工作組正式發布了CEPC的《概念設計報告》。

CEPC以秦皇島地質結構為參考，進行了概念設計研究，預期于“十四五”開始建設，并于2030年前竣工，預估將耗資300多億人民幣。按照概念設計，CEPC將是一個埋在地下100多米處、周長100公里的“大圈”，這個“大圈”由兩大部分組成，一部分是加速器，另一部分是探測器。

加速器主要負責產生正負電子并加速，最終精確聚焦對撞、制造極端環境，產生具有科學研究價值的物理事件。其主要組成部分是一個小型直線加速器和一個與對撞儲存環同樣長度的增強器，把正負電子的能量提高到研究所需的值。能量達到研究所需后，粒子就會送入兩個儲存環進行對撞。

探測器則相當于具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，由多種不同的子探測器組成，用來記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子，同時，這個“照相顯微鏡”也會采用最新的軟件技術，與最新的大數據、機器學習等發展緊密相關。

在設計CEPC大致模樣的同時，研究團隊還規劃了前10年的實驗內容。最初的7年內，CEPC將在質心能量2400億電子伏特（240GeV）處運行，以研究希格斯粒子。隨后兩年，CEPC將在910億電子伏特（91GeV）處運行，以研究Z玻色子和重味物理。另外1年時間，CEPC計劃在1600億電子伏特（160GeV）附近研究W玻色子物理。

而在這10年后，CEPC未來可能的發展方向之一是升級為超級質子-質子對撞機（SppC），質心能量將達到100萬億電子伏特（100TeV），以便在大范圍內直接尋找新的物理現象和物理規律。

EAST實現1億度等離子體運行

近日，從中國科學院獲悉，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所自主設計研制的磁約束核聚變實驗裝置“東方超環”（EAST）實現了1億度等離子體放電。

繼2017年創造了101.2秒高約束模等離子體運行的世界紀錄后，EAST的2018年度物理實驗面向未來聚變堆先進穩態運行模式的發展和長脈沖運行下的關鍵科學技術問題，重點開展了高功率加熱下堆芯物理機制研究的系列實驗。

中國超級對撞機預期于“十四五”開建

科研人員通過優化穩態射頻波等多種加熱技術在高參數條件下的耦合與電流驅動、等離子體先進控制等，結合理論與數值模擬，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦；在電子回旋與低雜波協同加熱下，等離子體中心電子溫度達到1億度。

科研人員還開展了一系列相關實驗研究，有效拓展了適應于聚變堆高性能等離子體穩態高約束模式的運行區間；在類似未來聚變堆條件下，實現了高約束、高密度、高比壓的完全非感應先進穩態運行模式，獲得的歸一化參數接近未來聚變堆穩態運行模式所需要的物理條件；利用多種技術演示了類似國際熱核聚變實驗堆（ITER）運行條件下的邊界局域模及鎢雜質的控制方法，實現了鎢偏濾器高約束模等離子體下穩態熱負荷的主動反饋控制。

科研人員認為，EAST本年度取得的這些實驗成果為未來ITER運行和正在進行的中國聚變工程實驗堆工程（CFETR）和物理設計提供了重要的實驗依據與科學支持。

據了解，EAST是等離子體所自主設計、研制并擁有完全知識產權的磁約束核聚變實驗裝置，是世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克，瞄準未來聚變能商用目標的關鍵科學問題，近年來在高性能、穩態、長脈沖等離子體研究方面取得了多項原創性成果。

“元器件使用可靠性智慧化解決方案”發布

11月9日，2018智慧化元器件與可靠性大會在北京召開，會上發布了“元器件使用可靠性智慧化解決方案”，有望使國產元器件的選用效率由兩個月縮短至5分鐘。

中國載人空間站工程空間應用系統總指揮、中國科學院空間應用工程與技術中心主任高銘表示，以芯片、集成電路為代表的元器件是國家工業的基礎，是國民經濟和國防建設中重大裝備的基礎，是國之重器的核心關鍵之一。無論是載人航天的先進載荷，還是國防科技工業的重大裝備，裝備的先進性、可靠性和自主可控，都需要元器件的創新性、可靠性和國產化自強來支撐。

此次發布的“元器件使用可靠性智慧化解決方案”在國內首次將元器件數據實現了標準化、結構化；首次實現了“替代選型”智能化；首次實現了“統型”智能化；首次實現了元器件使用全生命周期管理互聯網化等。

該方案可使航天軍工設計師選用國產元器件的效率由兩個月縮短至5分鐘，其獨特先進的算法、機器自主學習等，能夠為元器件提供更精準的選型和統型，并在保證型號統一、提升質量、且盡量國產化的前提下節約驗證成本。

“我們的核心成員都曾是載人航天頂級工程核心成員，在過去10余年間的元器件使用過程中，觸及到了許多行業痛點。”中國科學院空間應用工程與技術中心可靠性保障中心主任、賽思庫CEO黨煒舉例說，比如大量數據依靠“紙”制介質進行傳輸與存儲，或者是基礎的信息化手段進行處理；全系統全壽命周期元器件管理“數據孤島”現象嚴重；國產元器件信息化非常落后；嚴重依賴有經驗的專家人為把關等。

黨煒希望，通過此次大會，相關機構能共同研討“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狀以及如何結合物聯網、大數據和人工智能等先進技術，“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、空間技術、空間應用智慧化發展，助推“航天強國”“質量強國”“數字中國”等目標的實現。

第三代半導體前景廣闊

香山科學會議聚焦寬禁帶半導體

“隨著第三代半導體材料、器件及應用技術不斷取得突破，甚至可能在21世紀上半葉，導致一場新的信息和能源技術革命。”在11月8日召開的以“寬禁帶半導體發光的發展戰略”為主題的第641次香山科學會議上，與會專家指出，寬禁帶半導體核心技術一旦解決，必將引起應用格局的巨大改變。

如今，半導體發展已經歷了三代變革，極大地影響了社會發展進程。與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料由于禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優越性能，因此在短波發光/激光、探測等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領域有廣闊的應用前景。其不僅能在更高的溫度下穩定運行，而且在高電壓、高頻率狀態下更為耐用和可靠。

寬禁帶半導體在深紫外發光與激光方面優勢明顯，其中，Ⅲ族氮化物成為其在深紫外光源領域研究的主要代表，尤其是氮化鎵基藍光發光二極管（LED）的發明，引起人類照明光源的革新。日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二也因此獲得2014年諾貝爾物理學獎，這掀起了寬禁帶半導體在深紫外發光與激光研發的熱潮，并帶來了巨大的經濟和社會效益。

申德振指出，我國在氮化鎵基短波LED領域整體水平與美日等發達國家差距明顯，主要體現在高質量的氮化鎵和氮化鋁同質單晶襯底和低缺陷密度鋁鎵氮的外延生長與高鋁組分鋁鎵氮摻雜工藝等難題。此外，另一種寬禁帶半導體材料氧化鋅具有高的激子束縛能和優異的光學特性，是實現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域應用的重要補充，但其目前發展嚴重受限于P型摻雜技術。

為此，與會專家認為，突破高質量同質單晶襯底制備和p型摻雜技術，是帶動寬禁帶半導體紫外發光與激光器件進一步發展的關鍵。同時，寬禁帶半導體的單體點缺陷表征和調控也是亟須解決的關鍵科學和技術難題。因此，我國應加大在寬禁帶半導體發光領域的投入，解決該領域的核心科學和技術難題，爭取擁有更多自主知識產權，推動應用市場的發展。