科學基金資助儀器類項目的情況與展望-2013國自然

汲培文數(shù)理科學部2013年11月北?？茖W基金資助儀器類項目的情況與展望國家自然科學基金委員會科學基金資助儀器類項目的基本定位科學基金資助儀器類項目的類別與側(cè)重思考與建議項目分析報告內(nèi)容一、科學基金資助儀器類項目的基本定位資助圍繞科研活動的所需儀器的研制、提升與發(fā)展研制：適應(yīng)科研需求，研制特需（創(chuàng)新）儀器提升：改善、拓展已有儀器性能，包括診斷設(shè)備、后端設(shè)備的研制等發(fā)展：新一代裝置的預(yù)研、特別是概念性和關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研項目系列:重大項目、重點項目、重大國際合作項目、面上項目聯(lián)合基金專項基金----儀器專項二、科學基金資助儀器類項目的類別與側(cè)重重大項目：

著重體現(xiàn)技術(shù)方法的發(fā)展，對提升我國自主發(fā)展儀器設(shè)備有重要支撐意義；

學部咨詢委員會討論、推薦立項，強度2000萬元左右，目前一年數(shù)理學部共資助3項左右，主要以科學研究為主要資助方向二、科學基金資助儀器類項目的類別與側(cè)重重點項目：以學科發(fā)布指南為引導(dǎo)、強度300-400萬元；由學科評審組審議重大國際合作項目：自由申請重大國際合作項目：指南引導(dǎo)（范圍較寬），多為科學目標引導(dǎo)下的實驗技術(shù)方法的改進、小型實驗裝置的研制；學部組織評審，強度300萬元左右；協(xié)議框架內(nèi)重大國際合作項目：由雙邊協(xié)議內(nèi)容確定二、科學基金資助儀器類項目的類別與側(cè)重面上項目

提出了新的技術(shù)方法、思路的嘗試（為基金委儀器類項目和重大專項儀器項目的研制奠定基礎(chǔ)，醞釀思想或框架）；

對某些原理的驗證與實驗；

測試、診斷技術(shù)方法的發(fā)展；

基于已有儀器設(shè)備性能的拓展與提升；

現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用到其他領(lǐng)域；

薄弱而亟待發(fā)展的技術(shù)和方法（譬如探測器、電子學等等）。學部指南傾斜，學科評審會審議；

強度80----180萬元◆聯(lián)合基金大科學裝置聯(lián)合基金天文聯(lián)合基金

基于平臺裝置的研究工作，重點支持物質(zhì)科學、信息科學、生命科學、材料科學、環(huán)境科學等領(lǐng)域的多學科和學科交叉前沿問題的研究，開拓新的研究方向；基于專用裝置的研究工作，譬如北京譜儀的高能物理研究、蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)裝置的核物理研究等；提升大科學裝置研究能力的實驗技術(shù)、方法及小型專用儀器發(fā)展研究和關(guān)鍵技術(shù)研究。主要資助方向大科學裝置聯(lián)合基金

面上項目主要資助：光束線的新原理、新技術(shù)和方法學研究；粒子加速器和粒子探測器的關(guān)鍵技術(shù)、方法和設(shè)備的研究。

重點項目主要資助：粒子加速器和探測器以及光束線站的技術(shù)、原理和方法學研究。資助與儀器相關(guān)的內(nèi)容主要資助方向與內(nèi)容中國科學院天文臺系統(tǒng)以外科研機構(gòu)和高等院校的科研人員利用中國科學院天文臺系統(tǒng)所屬的光學、射電、紅外等天文觀測設(shè)備和數(shù)據(jù)資料開展的宇宙學、星系、恒星、太陽和太陽系以及基礎(chǔ)天文等領(lǐng)域的觀測和理論研究（中國科學院天文臺系統(tǒng)研究人員不能作為申請人申請此方面內(nèi)容，但可以作為主要參與者參與申請）；空間天文探測技術(shù)研究，包括空間天文探測新技術(shù)新方法的研究和天文衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)的前期預(yù)先研究等；與天文探測相關(guān)的高能、紫外、光學、紅外和射電技術(shù)方法，包括微弱光電子信號探測、存儲和傳輸技術(shù)，與天文望遠鏡相關(guān)的高能、光學、紅外和無線電技術(shù)，自動控制技術(shù)和機械等；天文聯(lián)合基金主要資助方向與內(nèi)容海量天文數(shù)據(jù)存儲、計算、共享及虛擬天文臺技術(shù)；基礎(chǔ)天文學方法及其在滿足國家戰(zhàn)略需求應(yīng)用中產(chǎn)生的關(guān)鍵科學問題；圍繞在建或擬建大型天文觀測設(shè)備的前沿科學問題而開展的分析研究，為設(shè)備的研制、測試和運行提供科學指導(dǎo)。具體包括：前沿科學問題和科學目標的選取和論證；觀測模式和策略的選取、優(yōu)化以及具體觀測對象的遴選；觀測數(shù)據(jù)的處理和信息提取，誤差的分析和控制；觀測實驗?zāi)M和理論模型的建立等◆專項基金科學儀器基礎(chǔ)研究專項

重大儀器專項：自由申請、部門推薦

1998年起科學儀器基礎(chǔ)研究納入科學基金資助范圍，主要用以資助基礎(chǔ)科學的前沿研究所急需的創(chuàng)新性科學儀器的研制或改進。

資助范圍對前沿學科發(fā)展有重要推動作用的關(guān)鍵科學儀器和部件的研制。為驗證新原理、新方法的科學儀器和部件的研制。量大面廣，具有廣泛應(yīng)用背景的新穎科學儀器和部件的研制。1.科學儀器基礎(chǔ)研究專項方式與特點根據(jù)我國當前技術(shù)研究的基礎(chǔ)和優(yōu)勢，結(jié)合學科的特點確定鼓勵研究領(lǐng)域。重點支持已有前期工作基礎(chǔ)的創(chuàng)新性科學儀器的研究。由科學部組織并推薦已有較好研究基礎(chǔ)的研究隊伍申請。計劃局組織會評—全委領(lǐng)域間的競爭資助強度300萬元左右。1998-2012經(jīng)費投入情況

資助經(jīng)費示意圖資助經(jīng)費總額為59453萬元單位：萬元

科學部數(shù)理化學生命地球工材信息醫(yī)學年度科學科學科學科學科學科學科學合計199821000205199913000015200012122109200103122109200222211201020032311220112004231113011200535103511820064601233192007560246225200857034602520097702512235201081304717655201181223618655201271203617449合計5785925459525341資助項目研究領(lǐng)域分布情況科學部受理申請資助單項平均資助率項數(shù)金額占全委經(jīng)費比例合計4805015000100%

30010.42%

數(shù)理科學部548241016.07%301.2514.81%

化學科學部5811341022.73%31018.97%

生命科學部1613002%3006.25%

地球科學部59411757.83%293.756.78%

工程與材料科學部797206013.73%294.298.86%

信息科學57%306.078.86%

醫(yī)學科學部56513609.07%2728.93%2013年度科學儀器基礎(chǔ)研究專款申請與資助情況（單位：萬元）定位面向科研、推動原始創(chuàng)新體現(xiàn)科研需求的工具研制即科研需求導(dǎo)向的科研工具的研制對于促進科學發(fā)展、開拓研究領(lǐng)域具有重要作用的原創(chuàng)性科研儀器設(shè)備的研制；通過關(guān)鍵核心技術(shù)突破或集成創(chuàng)新，用于發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、揭示新規(guī)律、驗證新原理、獲取新數(shù)據(jù)的科研儀器設(shè)備的研制。資助范圍2.重大儀器專項◆自由申請重大儀器項目

經(jīng)費在1000萬元左右自由申請科學部組織通訊評審計劃局組織會議評審委務(wù)會審批項目程序2012年重大儀器自由申請資助項目序號科學部項目名稱申請人申請單位資助金額（萬元）1數(shù)理輻照效應(yīng)實時原位分析裝置的聯(lián)機部件研制李寧廈門大學3502超快自旋極化低能電子顯微鏡唐文新重慶大學9003超高溫極端環(huán)境下材料性能測試設(shè)備研制方岱寧北京大學9004用于等效原理檢驗的高精度原子干涉儀詹明生中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所9005化學糖蛋白結(jié)構(gòu)解析串級質(zhì)譜分析裝置楊芃原復(fù)旦大學9006時間分辨雙光子激發(fā)活體熒光成像系統(tǒng)王遠北京大學9007電場、磁場調(diào)制的短波長手性拉曼光譜儀研制李燦中國科學院大連化學物理研究所8408界面超分子手性的原位高分辨非線性光譜表征及其成像裝置研究劉鳴華中國科學院化學研究所9009基于高效熒光共振能量轉(zhuǎn)移探針的新一代多色超分辨顯微鏡研制樊春海中國科學院上海應(yīng)用物理研究所90010地學低平流層風場探測激光雷達系統(tǒng)研制和應(yīng)用孫東松中國科學技術(shù)大學80011大深度三維矢量廣域電磁法儀器研制何繼善中南大學90012降解-礦化平衡研究中地史環(huán)境模擬設(shè)備“PALEOPOND”研制王偉中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所42013二次細粒子粒徑分布、化學組成和光學特性在線測量系統(tǒng)葛茂發(fā)中國科學院化學研究所88014復(fù)雜山地多波寬頻帶地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制庹先國成都理工大學6002012年重大儀器自由申請資助項目序號科學部項目名稱申請人申請單位資助金額（萬元）15工材連鑄坯枝晶生長熱模擬試驗機翟啟杰上海大學30016薄膜拉伸加工物理多尺度結(jié)構(gòu)在線研究裝備李良彬中國科學技術(shù)大學87017模擬空間環(huán)境下摩擦試驗原位分析系統(tǒng)的研制劉維民中科院蘭州化學物理研究所75018聚合物微納層狀多層次形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控儀與分析表征系統(tǒng)郭少云四川大學86019信息基于微流控芯片的高通量自動化DNA測序裝置陸祖宏東南大學30020光學活檢術(shù)--無損超高分辨的內(nèi)窺光學相干CT成像系統(tǒng)薛平清華大學54021大視場X射線相襯成像器件與錐束CT系統(tǒng)研究牛憨笨深圳大學90022通用無線信號檢測分析儀表張平北京郵電大學85023異型零件精密微裝配設(shè)備研制徐德中科院自動化研究所83024高精度鐿原子光鐘呂寶龍中科院武漢物理與數(shù)學研究所54025基于譜圖、結(jié)構(gòu)信息集成探測的高精度近地遙感系統(tǒng)研究趙慧潔北京航空航天大學75026醫(yī)學低功率超聲分子顯像與治療系統(tǒng)研究王志剛重慶醫(yī)科大學70027天然藥物中目標物快速“識別鑒定”二維色譜儀研制賀浪沖西安交通大學720合計14170科學部申請數(shù)批準資助平均強度資助率項數(shù)金額占全委比例合計2474030000100%

75016.19%

數(shù)理科學部586480016%80010.34%

化學科學部278600020%75029.63%

生命科學部600--0

地球科學部354320010.67%80011.43%

工程與材料科學部376460015.33%766.6716.22%

信息科學部6313905030.17%696.1520.63%

醫(yī)學科學部21323507.83%783.3314.29%2013年度重大儀器自由申請項目申請與資助情況◆部門推薦重大儀器項目部門限額推薦項目申請同行通訊評議學部咨詢委員會評審（2/3）專家委員會評審（2/3）

現(xiàn)場考察（不涉及經(jīng)費預(yù)算）

經(jīng)費預(yù)算評審（以科技專家為主）專家委員會最終評審(2/3)委務(wù)會審批評審程序2011年度國家重大科研儀器設(shè)備研制專項資助項目序號負責人項目名稱項目依托單位得票情況申請經(jīng)費（萬元）擬資助經(jīng)費（萬元）1李儒新新一代超強超短激光綜合實驗裝置中國科學院上海光學精密機械研究所32890089002杜瑞瑞拓撲量子計算專用儀器平臺研制北京大學30300030003史生才太赫茲超導(dǎo)陣列成像系統(tǒng)中國科學院紫金山天文臺316249.260004萬立駿高分辨多功能化學成像系統(tǒng)中國科學院化學研究所287002.29870005楊學明基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實驗研究裝置中國科學院大連化學物理研究所3214800103306徐濤光電融合超分辨生物顯微成像系統(tǒng)中國科學院生物物理研究所30420030007呂達仁多波段多大氣成份主被動綜合探測系統(tǒng)中國科學院大氣物理研究所31930093008張首剛新一代時間頻率系統(tǒng)中國科學院國家授時中心34350035009王智彪球形聚焦集聲系統(tǒng)的研究重慶醫(yī)科大學2660006000合計

62951.498570302012年度重大儀器專項資助項目情況序號科學部編號申請人單位項目名稱建議資助經(jīng)費（萬元）1112279006鄒廣田吉林大學新一代大型超高壓產(chǎn)生裝置8700.002112279002吳培亨南京大學多通道超導(dǎo)單光子探測器4900.003112279001杜江峰中國科學技術(shù)大學多波段脈沖電子自旋磁共振譜儀研制5600.004112279005潘庶亨中國科學院物理研究所極端條件下超高精度實空間/動量空間原位測量系統(tǒng)7900.005412279001李曉中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所高能加速器CT多場耦合巖石力學試驗系統(tǒng)5650.006612279001巴音賀希格中國科學院長春光學精密機械與物理研究所1.5米掃描干涉場曝光系統(tǒng)8300.007612279002房建成北京航空航天大學基于原子自旋效應(yīng)的超高靈敏磁場與慣性測量實驗研究裝置8850.008812279002周欣中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所用于人體肺部重大疾病研究的磁共振成像儀器系統(tǒng)研制4400.009812279001田捷中國科學院自動化研究所小動物光學多模融合分子影像成像設(shè)備8500.0010112279003鮑威中國人民大學冷中子非彈性散射譜儀的研制11100.0011112279004劉志中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所基于上海同步輻射光源的能源環(huán)境新材料原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺（SiP·ME2）研制14800.00合計88700.002013年度重大儀器專項資助項目情況序號項目名稱負責人依托單位申請經(jīng)費（萬元）1針對若干國家戰(zhàn)略需求材料使役條件下性能與顯微結(jié)構(gòu)間關(guān)系的原位研究系統(tǒng)張澤浙江大學63002原子尺度超高時空分辨兆伏特電子衍射與成像系統(tǒng)王西杰上海交通大學95003基于可調(diào)諧紅外激光的能源化學研究大型實驗裝置孫世剛廈門大學8997.914單細胞時空分辨分子動態(tài)分析系統(tǒng)陳洪淵南京大學72005超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)程和平北京大學89006基于靜電懸浮的金屬材料快速凝固實驗系統(tǒng)魏炳波西北工業(yè)大學45007材料與構(gòu)件深部應(yīng)力場及缺陷無損探測中子譜儀研制鐘掘中南大學80008多功能固態(tài)量子存儲器郭光燦中國科學技術(shù)大學60009多維多尺度高分辨率計算攝像儀器戴瓊海清華大學8950物理II領(lǐng)域的特點大科學：科學目標宏偉、意義重大，涉及人類對自然的基本認識問題，由眾多科學家共同提出、醞釀、凝練；大裝置：規(guī)模大、技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)發(fā)展、單元多，涉及到材料、機械、電子學、計算機等領(lǐng)域；大投入：經(jīng)費投入多，一般為幾億元、幾十億元，甚至上百億元人民幣；大團隊：需要大量的科學、技術(shù)專家和工程師參與三、有關(guān)思考與建議北京正負電子對撞機和北京譜儀，主要開展τ輕子和粲粒子物理的研究，在τ輕子質(zhì)量精確測量、R值測量、發(fā)現(xiàn)多個新共振態(tài)等做出了許多國際上有顯示度的工作?？茖W目標的確定：

科學目標要具體、特色鮮明、體現(xiàn)學術(shù)思想的創(chuàng)新儀器特色的提煉：

儀器要自成體系、規(guī)模適中、關(guān)鍵技術(shù)明確，難點、創(chuàng)新點突出；或?qū)侏殑?chuàng)，或為現(xiàn)有設(shè)備的拓展、特色鮮明、指標先進研究基礎(chǔ)的表述

有積累、有所需主要技術(shù)人才、儲備了一定的關(guān)鍵技術(shù)、掌握了解決難點的方法思考的問題中等規(guī)模的大科學裝置的科學目標、關(guān)鍵技術(shù)、前沿技術(shù)研究（3000—10000萬元），高能物理、粒子物理、等離子體物理領(lǐng)域意義重大、探索性強、風險大、周期長、經(jīng)費多的項目的培育與支持科學研究支撐中的基礎(chǔ)性研究工作（技術(shù)的固化與數(shù)據(jù)的積累等）大規(guī)模物理實驗研究中的硬軟件及其更換重大的國際合作中的實驗類（儀器設(shè)備）項目

思考的問題四、項目分析----側(cè)重學科領(lǐng)域外競爭的項目科學目標的凝練：能用于研究、回答目前尚未認識的科學問題，問題明確、意義重要；或擬研究發(fā)展的技術(shù)方法屬對該領(lǐng)域?qū)嶒炑b置發(fā)展的支撐作用顯著；或為我國科研急需發(fā)展和掌握的關(guān)鍵技術(shù)儀器設(shè)備整體結(jié)構(gòu)、性能的表述：儀器整體性能優(yōu)越，或為獨創(chuàng)，或為現(xiàn)有設(shè)備的拓展、但特色鮮明、指標先進技術(shù)創(chuàng)新的描述：技術(shù)創(chuàng)新點突出，主要部分體現(xiàn)提升自主創(chuàng)新能力的提升○重大項目

1.中微子高性能探測器關(guān)鍵技術(shù)與方法研究

強度1000萬元

大亞灣核電站具有獨特的條件，是世界上進行此項實驗的最佳地點。兩個近點與一個遠點探測器之間用隧道連接，共3000米由科技部、中科院、基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團共同支持。二期繼續(xù)給予資助

四、項目分析----側(cè)重學科領(lǐng)域外競爭的項目項目特征：科學目標明確、儀器設(shè)計先進、需研究解決的技術(shù)、方法清晰南極態(tài)勢及中國南極天文臺建站地點DomeADomeC,歐洲(3202m)SouthPole美國(地理南極點)(3200m)DomeA,中國(4093m)南極天文臺地理位置南緯：8025’東經(jīng)：7706’海拔：4087mDome

F,

日本Dome

Vlastok,

俄羅斯強度2000萬元

實現(xiàn)衍射極限的大視場光學望遠鏡關(guān)鍵技術(shù)方法基于高臨界溫度超導(dǎo)器件的多頻段太赫茲探測器特性研究特殊環(huán)境下光學紅外與太赫茲望遠鏡關(guān)鍵組件的特性研究

項目特征：

需求明確關(guān)鍵問題突出特色鮮明創(chuàng)新性強

2.南極天文觀測關(guān)鍵技術(shù)與方法研究實現(xiàn)衍射極限的大視場光學望遠鏡關(guān)鍵技術(shù)方法【研究內(nèi)容】衍射極限像質(zhì)的大口徑自適應(yīng)光學技術(shù)及在南極實現(xiàn)衍射成像的方法；與南極極好視寧度條件匹配的大視場高分辨光學望遠鏡方案；大視場高分辨光學成像新概念的研究；南極超高分辨光干涉技術(shù)概念研究；傳統(tǒng)自適應(yīng)光學系統(tǒng):光學元件多，效率低，視場小常規(guī)望遠鏡配大口徑自適應(yīng)副鏡:光學元件少，效率高，動態(tài)范圍大。

【創(chuàng)新點】全新的大視場高分辨光學望遠鏡系統(tǒng)；首次應(yīng)用于南極光學紅外望遠鏡的大口徑自適應(yīng)光學技術(shù)。

基于高臨界溫度超導(dǎo)器件的多頻段太赫茲

探測器特性研究【研究趨勢】應(yīng)用高臨界溫度超導(dǎo)隧道結(jié)實現(xiàn)更高頻段、更寬瞬時帶寬、更高靈敏度探測技術(shù)?！狙芯績?nèi)容】具有高臨界溫度超導(dǎo)隧道結(jié)和熱電子混頻器在太赫茲波段的噪聲機制以及各種噪聲的溫變特性；多頻段太赫茲探測器系統(tǒng)中電磁波的分光、傳輸和耦合特性；太赫茲探測器系統(tǒng)關(guān)鍵部件的溫度特性以及低溫互聯(lián)所致的電磁波反射、熱耗散及噪聲干擾等問題?！緞?chuàng)新點】解明高臨界溫度超導(dǎo)隧道結(jié)噪聲機制及溫變特性；首次實現(xiàn)10K溫區(qū)工作且接近量子極限靈敏度的太赫茲超導(dǎo)隧道結(jié)混頻技術(shù)。超導(dǎo)隧道結(jié)混頻器芯片及隧道結(jié)截面TEM照片SISSIS信號饋點阻抗變換調(diào)諧電感絕緣層超導(dǎo)體超導(dǎo)體勢壘介質(zhì)襯底【研究內(nèi)容】望遠鏡熱分析與光學質(zhì)量控制；望遠鏡關(guān)鍵構(gòu)件低溫特性及對高精度跟蹤系統(tǒng)的影響；能源支撐系統(tǒng)的失效機理及解決方法?！緞?chuàng)新點】首次建立極端環(huán)境下望遠鏡系統(tǒng)的熱分析模型、南極環(huán)境下望遠鏡控制系統(tǒng)的分析模型；實現(xiàn)包含機、電、磁、熱等多維參數(shù)的中國南極能源支撐系統(tǒng)的高可靠性優(yōu)化設(shè)計。特殊環(huán)境下光學紅外與太赫茲望遠鏡關(guān)鍵組件的特性研究○重大國際合作項目強度200----1000萬元

羊八井中意合作項目

中意合作在我國西藏羊八井（海拔4300m）建造6500m2RPC地毯式陣列，在亞甚高能區(qū)和更高能區(qū)，開展天文觀測、“膝區(qū)物理”研究，尋找宇宙線源，監(jiān)測太陽活動和地球空間環(huán)境變化等特征：強強合作、以我為主、優(yōu)勢互補、目標明確○重點項目重點項目

強度300----500萬元高純鍺探測器低溫制冷方案研究極低能量閾高純鍺陣列探測器直接探測暗物質(zhì)實驗中的物理和關(guān)鍵技術(shù)問題研究600mSoudan美國700mY2L韓國800mCanfranc西班牙1000mKamioka日本1100mBoulby英國1400mINO印度1400mLNGS意大利1600mBaksan俄羅斯1500mDUSEL美國2300m2000mSNO加拿大1700mModane法國2500m中國CJPL國際上重要地下實驗室比較(單位:巖石厚度)

隧道礦井DeepUndergroundLab

極深地下實驗室■

挑戰(zhàn)：點→面→體

現(xiàn)有層析PIV系統(tǒng)存在的問題⊙

系統(tǒng)復(fù)雜，各部件之間的同步困難?！?/p>

四個相機成像光路的調(diào)節(jié)困難?！?/p>

數(shù)據(jù)處理效率較低。⊙

商用軟件功能有限?！?/p>

價格高。常見的層析PIV實驗控制示意圖科學目標與科學意義：湍流是具有三維、非定常、非線性、寬頻域、多尺度等特性的流動，而且在時間和空間上劇烈演化。

三維非定常流場測量技術(shù)是揭示湍流等復(fù)雜流動機理所必需的手段。

非定常三維復(fù)雜流動的單相機層析PIV測量系統(tǒng)研究○科學儀器基礎(chǔ)研究專項預(yù)期指標、關(guān)鍵科學問題及創(chuàng)新點指標名稱指標范圍粒子場濃度>0.05ppp1體素尺寸210-100微米最大采樣頻率1kHz原始映射函數(shù)精度3<0.5像素修正后映射函數(shù)精度<0.05像素速度矢量有效率4>95%目標：研制結(jié)構(gòu)簡單的單相機層析PIV系統(tǒng)系統(tǒng)指標（測量精度）項目特征：目標明確，特色鮮明○自由申請重大儀器項目

電磁驅(qū)動高能量密度動力學實驗裝置研制

◆

科學目標：研究強耦合場下材料及相關(guān)過程的物理機制或是降低聚變點火的條件；研究準等熵壓縮下材料的動力學行為擊動力學、核武器物理和航天技術(shù)等學科的研究提供新的加載技術(shù)，大大提高學科的高水平綜合實驗研究能力。裝置設(shè)計的三維效果圖◆意義：該裝置的研制成功將是我國高能量密度物理研究加載技術(shù)方面一次重要創(chuàng)新，為動高壓物理、凝聚態(tài)物理、沖電磁驅(qū)動高能量密度動力學實驗裝置研制指標：放電峰值電流達到6MA以上、平面準等熵加載壓力~150GPa、驅(qū)動小尺寸固體套筒內(nèi)爆速度大于10km/s等，驅(qū)動宏觀金屬飛片速度達到15-20km/s；獲得100km/s左右的稠密等離子體射流；300T脈沖強磁場，相關(guān)技術(shù)指標是目前國際上同類型裝置水平最高的；其平面、柱面、與大型激光裝置復(fù)合加載、與外加磁場聯(lián)合使用等多功能是國內(nèi)外現(xiàn)有同類型實驗裝置所不具備的。特色：裝置體積小，可拆卸、搬動，便于與我國大型科學裝置耦合。驅(qū)動絲陣或固體套筒等負載構(gòu)件超高速度內(nèi)爆運動形成高密度、高溫等離子體；100km/s等離子體噴流;10～100eV高溫輻射的稠密等離子體項目特征：有獨特的想法，國內(nèi)急需○部門推薦重大儀器項目真實環(huán)境和模擬工作狀態(tài)下材料電子結(jié)構(gòu)的測量綜合高精度電子結(jié)構(gòu)測量輔助互補先進光源，全面提升電子結(jié)構(gòu)測量能力軟x射線彎鐵光源真空紫外軟x射線該平臺將建成一臺多功能、高精度、高效率、高實用性的材料電子結(jié)構(gòu)綜合研究系統(tǒng)?！锘谏虾Ｍ捷椛涔庠吹哪茉喘h(huán)境新材料原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺平臺構(gòu)成擬建平臺的關(guān)鍵特色國際上集成度最高

材料生長MBE、近常壓光電子能譜(AP-PES)和近常壓光進光出譜(AP-PIPOS)、角分辨光電子能譜(ARPES)、掃描隧道譜(STS)、互補性組合光源根據(jù)應(yīng)用需求，選擇高效組合

AP-PES+AP-PIPOS;MBE+AP-PES;MBE+STS;ARPES+STS;MBE+APRES+STS;…模擬環(huán)境和工作狀態(tài)下電子結(jié)構(gòu)測量

真正實用的電子結(jié)構(gòu)研究平臺(電池、催化、水科學…)突破7-70eV低能段超高分辨

軟x射線同步輻射EPU光源＋深紫外激光…擬建平臺的創(chuàng)新點集成創(chuàng)新功能最強、實用性最強、集成度最高

先進光源和多種電子結(jié)構(gòu)測量手段集成：采用多種互補性先進光源和電子結(jié)構(gòu)測量技術(shù)，實現(xiàn)能量、動量、空間、時域電子結(jié)構(gòu)的綜合測量和分析，獲得低能電子、芯能級和未占據(jù)態(tài)等電子結(jié)構(gòu)信息;高精度材料制備集成：采用MBE/LaserMBE獲得原子精度材料控制生長能力，國際上首次實現(xiàn)基于同步輻射光源和高精度材料指標手段的集成;單元技術(shù)創(chuàng)新模擬氣氛和模擬工作狀態(tài)(高效分析器、原位反應(yīng)池、低活性腔體…)；時間分辨測量(亞非秒超快脈沖激光)；光源(發(fā)明葉形波蕩器，降低熱負載兩個數(shù)量級，解決高能環(huán)上建低能線這一世界難題)。平臺建成后的意義及擬解決的科學問題突破技術(shù)限制，依賴先進光源組合，突破傳統(tǒng)超高真空光電電子能譜測量技術(shù)的局限，甄別表面和體電子效應(yīng)、發(fā)展界面電子結(jié)構(gòu)測量技術(shù)和超快過程電子能譜測量技術(shù)；同步輻射+深紫外激光+亞飛秒激光突破材料限制，利用原子層非熱平衡樣品制備技術(shù)，有機結(jié)合材料生長和原位測量發(fā)展各向異性和人工微結(jié)構(gòu)材料的電子結(jié)構(gòu)研究；MBE+ARPES+STM/S突破狀態(tài)限制，在近常壓下研究處于工作狀態(tài)的器件中以及弛豫狀態(tài)下材料中電子結(jié)構(gòu)，認識非平衡態(tài)電子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律；AP-PES+AP-PIPOS總體科學目標：項目擬建國際上首臺多功能、高精度、高效率、高實用性的材料電子結(jié)構(gòu)綜合研究系統(tǒng)，可為新型能源環(huán)境材料研究提供高集成度的綜合性實驗條件，技術(shù)手段具有國際先進性。項目特征：依托于大裝置，有明確的科學目標、自己的創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)總體上的集成創(chuàng)新★冷中子非彈性散射譜儀的研制該項目將基于房山中國先進研究堆(CARR堆），研制一套冷中子非彈性中子散射三軸極化和廣譜譜儀系統(tǒng)；CARR堆：中子通量并列世界第二，2012年3月達到驗收合格；需要建設(shè)冷中子非彈性散射譜儀，已預(yù)留好位置。CARR堆及譜儀位置分布示意圖反應(yīng)堆大廳—熱中子導(dǎo)管大廳—冷中子三軸極化譜儀中子單色系統(tǒng)中子極化分析系統(tǒng)中子探測系統(tǒng)中子屏蔽系統(tǒng)能量分析系統(tǒng)樣品控制系統(tǒng)中子分析器中子單色器中子極化系統(tǒng)探測器樣品臺廣譜譜儀改用多通道能量分析系統(tǒng)減去極化分析系統(tǒng)其它部分與三軸譜儀相似多通道能量分析系統(tǒng)中子單色系統(tǒng)概念設(shè)計圖儀器構(gòu)成儀器擬解決的關(guān)鍵問題與創(chuàng)新點設(shè)計圖設(shè)計圖三軸極化譜儀：兩種中子分析模式的集成把非極化與兩種極化模式集成到一起，實現(xiàn)線性和全分量極化模式切換，可直接用來研究材料內(nèi)自旋、軌道關(guān)聯(lián)函數(shù)的（動力學）特性。

廣譜譜儀：多通道能量分析系統(tǒng)針對非彈性中子測量速率低的缺點，采用多通道中子能量分析并行的方式，對不同散射方向一次性掃描，使數(shù)據(jù)采集率提高50倍以上。兩臺譜儀：均采用超低背景噪聲的雙聚焦單色器，提升了分辨率采用新研制出的雙聚焦單色器(聚焦能力強、束流路徑無“雜物”)，極大地消除了傳統(tǒng)單色器產(chǎn)生的大背底噪聲，解決了電機受輻射易損傷的嚴重問題。新型雙聚焦單色器傳統(tǒng)聚焦單色器譜儀技術(shù)功能與技術(shù)指標的綜合比較三軸譜儀超低噪聲單色器線性極化分析能力全矢量極化分析能力導(dǎo)管末端的有利位置擬研制譜儀（CARR）具備具備具備具備

PANDA(德國FRM-II)不具備具備不具備具備IN14(法國ILL)不具備具備具備不具備SPINS(美國NIST)不具備未正常工作不具備不具備廣譜譜儀能量分析技術(shù)能量分析通道數(shù)測量效率擬研制譜儀（CARR）簡單經(jīng)濟的多串列固定能量分析技術(shù)70個3.5倍國際最先進MACS(NIST)復(fù)雜昂貴的雙反射能量分析技術(shù)20個1倍譜儀完成后的技術(shù)指標與國際先進譜儀的比較指標擬研制的譜儀系統(tǒng)對比國際上最高能量分辨率0.05mev不低于

目前最先進的同類譜儀能量觀測范圍-216.5meV達到中子極化率85%不低于樣品測量環(huán)境溫度：7mk，磁場：10T，壓強：8GP達到譜儀完成后的技術(shù)功能與國際先進譜儀的比較國際最先進三軸譜儀儀器建成后的應(yīng)用與擬解決的科學問題應(yīng)用領(lǐng)域

確定稀土-過渡金屬化合物電子關(guān)聯(lián)功能材料中的磁結(jié)構(gòu)

確定各種復(fù)雜（多組分、元素質(zhì)量差異大的）功能材料的晶體結(jié)構(gòu)

測量稀土-過渡金屬化合物功能材料的能譜和自旋關(guān)聯(lián)函數(shù)的能量動量關(guān)系擬解決的科學問題

發(fā)現(xiàn)稀土-過渡金屬化合物電子關(guān)聯(lián)功能材料中的新奇量子效應(yīng)，探索其溫度、磁場和壓強等外場下的調(diào)控行為

研究與電子自旋動力學密切相關(guān)的量子效應(yīng)的微觀機理：超導(dǎo)、磁性序等科學目標的特色

研制的冷中子非彈性散射譜儀將為非常規(guī)高溫超導(dǎo)、低維及阻挫量子磁性、磁性材料等提供不可替代的研究平臺，滿足高能量分辨率的直接探測在能量-動量空間的磁激發(fā)譜的需求。項目特征：依托于大裝置，有獨特的科學目標、有自己的技術(shù)特點和創(chuàng)新微波電子槍微波系統(tǒng)（一