大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)2016年項(xiàng)目申報(bào)指引

1、附件3大科學(xué)裝置前沿研究”重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南大科學(xué)裝置為探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實(shí)現(xiàn)技術(shù)變革 提供極限研究手段，是科學(xué)突破的重要保障。為充分發(fā)揮我國(guó)大 科學(xué)裝置的優(yōu)勢(shì)、促進(jìn)重大成果產(chǎn)出，科技部會(huì)同教育部、中國(guó) 科學(xué)院等部門組織專家編制了大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施 方案。大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)主要支持基于我國(guó)在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的兩類大科學(xué)裝置的前沿研究，一是 粒子物理、核物理、聚變物理和天文學(xué)等領(lǐng)域的專用大科學(xué)裝置， 支持開(kāi)展探索物質(zhì)世界的結(jié)構(gòu)及其相互作用規(guī)律等的重大前沿研 究；二是為多學(xué)科交叉前沿的物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究提供先進(jìn)研究手段的 平臺(tái)型裝置，如先進(jìn)光源、

2、先進(jìn)中子源、強(qiáng)磁場(chǎng)裝置、強(qiáng)激光裝 置、大型風(fēng)洞等，支持先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的研究和實(shí)現(xiàn)， 提升其對(duì)相關(guān)領(lǐng)域前沿研究的支撐能力。專項(xiàng)實(shí)施方案部署14個(gè)方面的研究任務(wù)：1.強(qiáng)相互作用性 質(zhì)研究及奇異粒子的尋找；2. Higgs粒子的特性研究和超出標(biāo)準(zhǔn) 模型新物理尋找；3.中微子屬性和宇宙線本質(zhì)的研究；4暗物質(zhì)1直接探測(cè)；5.新一代粒子加速器和探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)和方法的預(yù)先 研究；6.原子核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動(dòng)力學(xué)研 究；7.受控磁約束核聚變穩(wěn)態(tài)燃燒；8.星系組分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)循 環(huán)的光學(xué)一紅外觀測(cè)研究；9.脈沖星、中性氫和恒星形成研究； 10.復(fù)雜體系的多自由度及多尺度綜合研究；11.高

3、溫高壓高密度 極端物理研究；12.復(fù)雜湍流機(jī)理研究；13.多學(xué)科應(yīng)用平臺(tái)型裝 置上先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法研究；14.下一代先進(jìn)光源核心關(guān) 鍵技術(shù)預(yù)研究。根據(jù)專項(xiàng)實(shí)施方案和“十二五”期間有關(guān)部署，2016年優(yōu)先 支持20個(gè)研究方向。申報(bào)單位針對(duì)重要支持方向，面向解決重大 科學(xué)問(wèn)題和突破關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，組織申報(bào)項(xiàng)目。鼓勵(lì) 依托國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等重要科研基地組織項(xiàng)目。項(xiàng)目執(zhí)行期一般 為5年。為保證研究隊(duì)伍有效合作、提高效率，建議項(xiàng)目下設(shè)課 題數(shù)不超過(guò)4個(gè)，每個(gè)項(xiàng)目所含單位數(shù)不超過(guò) 6個(gè)。本專項(xiàng)不設(shè) 青年科學(xué)家項(xiàng)目。1. Higgs粒子的特性研究和超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理尋找1.1 LHC實(shí)驗(yàn)探測(cè)器升

4、級(jí)研究?jī)?nèi)容：參加LHC的CMS、Atlas和ALICE等實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器升級(jí)改造?？己酥笜?biāo)：完成按照國(guó)際合作組的合作協(xié)議承擔(dān)的繆子探測(cè)器、徑跡探測(cè)器、量能器等的設(shè)計(jì)、預(yù)研和建造任務(wù)。2 2.中微子屬性和宇宙線本質(zhì)的研究2.1空間間接探測(cè)暗物質(zhì)粒子研究?jī)?nèi)容：空間間接探測(cè)暗物質(zhì)粒子實(shí)驗(yàn)（DAMPE ）的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。考核指標(biāo)：建立針對(duì)暗物質(zhì)粒子探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)和方法；獲得 宇宙高能電子GeV至10TeV高分辨能譜和空間分布；獲得宇宙 彌漫伽瑪射線 GeV至TeV高分辨能譜和空間分布；獲得 0.1 100TeV的核素宇宙射線能譜。3暗物質(zhì)直接探測(cè)3.1利用氙和氬探測(cè)器在高質(zhì)量區(qū)直接探測(cè)暗物質(zhì)研究?jī)?nèi)容：

5、依托錦屏地下實(shí)驗(yàn)室和 PandaX 500公斤級(jí)液氙 探測(cè)器，優(yōu)化探測(cè)器性能，提升探測(cè)器靈敏度，在高質(zhì)量區(qū)（約 100GeV）進(jìn)行暗物質(zhì)直接探測(cè)，同時(shí)開(kāi)展136Xe無(wú)中微子雙貝塔 衰變的實(shí)驗(yàn)研究。研究液氬探測(cè)器的關(guān)鍵技術(shù)?？己酥笜?biāo)：氙探測(cè)器在高質(zhì)量區(qū)（100GeV左右）暗物質(zhì)探 測(cè)靈敏度達(dá)到1046cm2量級(jí)的國(guó)際前沿水平；掌握探測(cè)136Xe無(wú) 中微子雙貝塔衰變的關(guān)鍵技術(shù)。掌握液氬探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)。4. 新一代粒子加速器和探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)和方法的預(yù)先研究4.1高能環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)預(yù)先研究研究?jī)?nèi)容：正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器設(shè)計(jì)研究和高能量分辨探 測(cè)技術(shù)研究?？己酥笜?biāo)：1）完成質(zhì)心系能量為240GeV左

6、右高亮度正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)相 關(guān)探測(cè)器概念設(shè)計(jì)；確定并細(xì)化物理目標(biāo)，通過(guò)模擬手段驗(yàn)證實(shí) 驗(yàn)中物理觀測(cè)量的精確度。2）高分辨探測(cè)技術(shù)：粒子徑跡探測(cè)器內(nèi)層硅探測(cè)器原型芯片 的可能技術(shù)選項(xiàng)，要求位置分辨達(dá)到15ym;外層時(shí)間投影室原型 位置分辨優(yōu)于100um；得到顆粒度達(dá)5X5mm2成像型電磁量能器 的可能技術(shù)選項(xiàng)；得到基于 SiPM讀出的電磁量能器和顆粒度達(dá) 1 xicm2基于大面積緊湊型氣體探測(cè)器的強(qiáng)子量能器的技術(shù)選項(xiàng)， 以及粒子能量泄漏補(bǔ)償研究，解決相關(guān)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題；以切 倫科夫探測(cè)器技術(shù)為主研究高能粒子分辨探測(cè)器的技術(shù)選項(xiàng)。3）加速器設(shè)計(jì)：完成單環(huán)麻花軌道，包括局部雙環(huán)方案的磁 聚焦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7、和動(dòng)力學(xué)孔徑優(yōu)化，以及誤差效應(yīng)、束流集體效應(yīng)、 麻花軌道效應(yīng)等的分析。模擬對(duì)撞機(jī)中束束相互作用及其對(duì)對(duì)撞亮 度的影響。研究探測(cè)器束流本底來(lái)源并進(jìn)行模擬，完成束流準(zhǔn)直系 統(tǒng)設(shè)計(jì)。完成加速器探測(cè)器接合處本底、輻射分析研究及優(yōu)化。5. 原子核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動(dòng)力學(xué)研究5.1天體環(huán)境中關(guān)鍵核過(guò)程研究研究?jī)?nèi)容：依托蘭州重離子加速器裝置（HIRFL ）研究天體 環(huán)境中的關(guān)鍵核反應(yīng)及衰變過(guò)程?？己酥笜?biāo)：完善HIRFL核天體物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，精確測(cè)量相關(guān)核素的質(zhì)量、衰變壽命和反應(yīng)率，確定熱碳氮氧循環(huán)（HCNO）突破、快質(zhì)子俘獲（rp）、中微子質(zhì)子（v）等過(guò)程的核反應(yīng)路徑， 理解相關(guān)天體事件中能量產(chǎn)

8、生機(jī)制和灰燼中的元素豐度分布，探 索宇宙元素起源。6. 受控磁約束核聚變穩(wěn)態(tài)燃燒6.1高密度下加熱及電流驅(qū)動(dòng)效率和協(xié)同效應(yīng)研究研究?jī)?nèi)容：未來(lái)聚變反應(yīng)堆相關(guān)高密度條件下的加熱及電流 驅(qū)動(dòng)效率及協(xié)同問(wèn)題?？己酥笜?biāo)：明確高密度條件下各種加熱和驅(qū)動(dòng)手段的基本物 理機(jī)制；提高射頻波與等離子體耦合效率；實(shí)現(xiàn)總功率10MW、多種ITER相關(guān)加熱手段間的高效協(xié)同。7. 星系組分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)循環(huán)的光學(xué) 一紅外觀測(cè)研究7.1黑洞與星系協(xié)同演化及其宇宙學(xué)效應(yīng)研究研究?jī)?nèi)容：利用LAMOST、FAST和HXMT的觀測(cè)數(shù)據(jù)， 研究黑洞形成與星系協(xié)同演化及其宇宙學(xué)效應(yīng)?？己酥笜?biāo)：搜尋、認(rèn)證并定點(diǎn)觀測(cè)高紅移星系和類星體，發(fā)

9、展新方法高精度測(cè)量黑洞質(zhì)量、星系恒星和氣體質(zhì)量，觀測(cè)黑洞 吸積的高能物理過(guò)程、物質(zhì)外流和對(duì)星系的反饋，建立星系組裝 與黑洞相互作用動(dòng)力學(xué)和多波段輻射模型、探索黑洞與星系的宇 宙學(xué)演化規(guī)律。7.2致密天體觀測(cè)研究5 研究?jī)?nèi)容：利用硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星（HXMT ）以及天 地一體化觀測(cè)設(shè)備，搜尋黑洞、中子星等致密天體，測(cè)量致密天 體的質(zhì)量，并開(kāi)展相關(guān)理論研究?？己酥笜?biāo)：建立HXMT數(shù)據(jù)反演、噪聲和背景模型，以及成 像、能譜和計(jì)時(shí)分析方法；得到致密天體雙星星表，確定黑洞的 最小質(zhì)量、中子星的最大質(zhì)量；發(fā)現(xiàn)至少10個(gè)新的瞬變高能天體 或者新的爆發(fā)事例；對(duì)新發(fā)現(xiàn)的高能變?cè)撮_(kāi)展后隨觀測(cè)證認(rèn)和研 究，建立

10、不同類型的能譜態(tài)和時(shí)變態(tài)的演化和轉(zhuǎn)換模型，理解黑 洞附近吸積盤的行為并測(cè)量黑洞的自轉(zhuǎn)，理解中子星磁球的性質(zhì) 并測(cè)量中子星表面磁場(chǎng)強(qiáng)度；構(gòu)建黑洞和中子星等致密天體的質(zhì) 量分布。8. 復(fù)雜體系的多自由度及多尺度綜合研究8.1面向生物學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)的多尺度成像方法及研究研究?jī)?nèi)容：發(fā)展基于先進(jìn)光源和磁共振等技術(shù)的多尺度成像 方法，對(duì)生命活動(dòng)進(jìn)行多尺度、多維度研究?？己酥笜?biāo)：基于先進(jìn)光源、強(qiáng)磁場(chǎng)裝置等多種平臺(tái)型裝置聯(lián) 用，建立結(jié)構(gòu)和功能一體化的，多維度、多尺度成像方法和平臺(tái)， 在單分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體等不同層次上揭示生命活動(dòng) 中結(jié)構(gòu)與功能的物理化學(xué)機(jī)制，了解生命體系中相互作用、代謝 調(diào)控、電子轉(zhuǎn)移

11、、構(gòu)象漲落等關(guān)鍵過(guò)程及其聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；為慢性疾 病診療等提供相關(guān)科學(xué)基礎(chǔ)。8.2多參量復(fù)合量子功能材料的表征與調(diào)控研究?jī)?nèi)容：相關(guān)材料結(jié)構(gòu)和物性表征技術(shù)研發(fā)和實(shí)現(xiàn)，及多 物理場(chǎng)條件對(duì)多重參量復(fù)合量子功能材料的調(diào)控研究?？己酥笜?biāo)：利用并提升同步輻射光源、強(qiáng)磁場(chǎng)、散裂中子源 等裝置具備的相關(guān)條件，發(fā)展復(fù)合量子功能材料的高分辨表征技 術(shù)；實(shí)現(xiàn)高分辨的材料結(jié)構(gòu)表征、新奇量子態(tài)物性和新效應(yīng)等的 探測(cè)和調(diào)控；研制若干新型多參量復(fù)合量子功能材料，為相關(guān)技 術(shù)發(fā)展和應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。9. 高溫高壓高密度極端物理研究9.1強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)新型粒子源和輻射源研究研究?jī)?nèi)容：強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)新型粒子源和輻射源?？己酥笜?biāo)：依托神光系列裝

12、置，建立拍瓦皮秒激光驅(qū)動(dòng)粒子 源的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，理解強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)粒子加速和超快輻射的物 理機(jī)制、掌握定標(biāo)關(guān)系，建立強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生咼品質(zhì)粒子束和輻 射源的方法和技術(shù)，獲得具有應(yīng)用前景的粒子源（能量高于 50MeV、品質(zhì)優(yōu)良的質(zhì)子束等）和輻射源（空間分辨優(yōu)于10微米、能量高于17keV的高亮x射線源）并演示在高能量密度物理 診斷方面的應(yīng)用。10. 復(fù)雜湍流機(jī)理研究10.1高速邊界層轉(zhuǎn)捩機(jī)理、模型及其控制研究研究?jī)?nèi)容：高速邊界層流動(dòng)轉(zhuǎn)捩機(jī)理、預(yù)測(cè)模型及其控制方法。考核指標(biāo)：獲得高速邊界層bypass轉(zhuǎn)捩、橫流轉(zhuǎn)捩和邊界層 感受性等轉(zhuǎn)捩過(guò)程的流動(dòng)新現(xiàn)象；獲得來(lái)流脈動(dòng)、壁面粗超度、 馬赫數(shù)、雷諾數(shù)、壁溫

13、比等參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)捩過(guò)程的影響規(guī)律；建立和 完善針對(duì)先進(jìn)航空航天飛行器設(shè)計(jì)需求的轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)新模型與新方 法；發(fā)展高速邊界層轉(zhuǎn)捩的主/被動(dòng)控制新技術(shù)，闡明其流動(dòng)控制 機(jī)理；獲得轉(zhuǎn)捩地面預(yù)示與飛行實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的天地相關(guān)性。11. 多學(xué)科應(yīng)用平臺(tái)型裝置上先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法研究11.1先進(jìn)光源實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新型實(shí)驗(yàn)方法研究?jī)?nèi)容：高性能同步輻射光源的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新型實(shí)驗(yàn) 方法?？己酥笜?biāo)：研發(fā)若干達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先或先進(jìn)水平的 X射線探測(cè) 器、微納聚焦光學(xué)元件和部件，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化； 發(fā)展超高分辨X射線光學(xué)檢測(cè)和矯正技術(shù)、精密X射線光學(xué)系統(tǒng) 高熱負(fù)荷緩釋技術(shù)；發(fā)展相干以及相襯 X射線成像與散射實(shí)驗(yàn)方

14、法及串行晶體學(xué)方法，衍射、散射、吸收、成像、質(zhì)譜等多種實(shí)驗(yàn) 技術(shù)不同組合及其與時(shí)間分辨技術(shù)相結(jié)合的綜合實(shí)驗(yàn)方法。11.2 X射線原位實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究和環(huán)境建設(shè)研究?jī)?nèi)容：真實(shí)樣品環(huán)境條件及原位條件下的 X射線原位實(shí) 驗(yàn)技術(shù)?？己酥笜?biāo)：建立樣品環(huán)境，提供溫度、壓力、氣氛、拉伸、 電場(chǎng)、磁場(chǎng)等多種實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件，適用固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，薄膜 或纖維等多種樣品形態(tài)，滿足材料合成、化學(xué)反應(yīng)、外場(chǎng)作用等 過(guò)程等中動(dòng)態(tài)測(cè)試的需求。實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)條件下的同步輻射 X射線衍 射、散射、吸收等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，滿足原子近鄰結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)、 電子結(jié)構(gòu)、界面與表面、納米或微米尺度結(jié)構(gòu)等不同尺度結(jié)構(gòu)研 究的需求。發(fā)展在同步輻射光束線直接

15、和原位研究工程大試樣的 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和環(huán)境。11.3中子散射原位實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究和樣品環(huán)境建設(shè)研究?jī)?nèi)容：依托散裂中子源、綿陽(yáng)研究堆和 CARR堆，發(fā)展 中子散射各種原位環(huán)境的實(shí)現(xiàn)及原位條件下的實(shí)驗(yàn)技術(shù)?？己酥笜?biāo)：研發(fā)集低/咼溫、咼壓、強(qiáng)磁/電場(chǎng)、多氣氛等多 種條件、自動(dòng)換樣及遠(yuǎn)程控制的中子散射/衍射原位實(shí)驗(yàn)樣品環(huán)境 相關(guān)技術(shù)和設(shè)備。發(fā)展用中子散射直接和原位研究工程大試樣的 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和環(huán)境。建立散裂中子多場(chǎng)耦合的原位實(shí)驗(yàn)樣品環(huán)境。11.4白光中子源實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究研究?jī)?nèi)容：依托中國(guó)散裂中子源的白光中子源開(kāi)展核數(shù)據(jù)測(cè) 量實(shí)驗(yàn)研究?？己酥笜?biāo)：發(fā)展在白光中子源進(jìn)行核數(shù)據(jù)精確測(cè)量的寬能譜 中子飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)、復(fù)合

16、測(cè)量（中子、（和帶電粒子）大型探 測(cè)器陣列的相關(guān)技術(shù)、強(qiáng)脈沖源數(shù)字化觸發(fā)技術(shù)、滿足高精度實(shí) 驗(yàn)的極低本底控制技術(shù)、特殊樣品（放射性）的制備和特殊實(shí)驗(yàn) 條件（高低溫和高壓）的技術(shù)。11.5脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件下的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法研究研究?jī)?nèi)容：脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件下高精度、高靈敏度的測(cè)量 技術(shù)；提高脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的技術(shù)。考核指標(biāo)：掌握脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件下比熱、磁致伸縮、磁扭矩等新型測(cè)量方法；實(shí)現(xiàn) 100特斯拉的磁場(chǎng)峰值和60特斯拉 10毫秒平頂波形磁場(chǎng)；發(fā)展適用于脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)與同步輻射X射線、散裂中子源聯(lián)用的脈沖磁體結(jié)構(gòu)及電源控制系統(tǒng)；掌握多電 源協(xié)同工作、輸出電流高精度的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制精度

17、高 于毫秒級(jí)、電流控制精度優(yōu)于千分之一的高精度、高靈敏度的測(cè) 量技術(shù)。11.6穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件下關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法研究研究?jī)?nèi)容：穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)下磁共振、超快寬光譜聯(lián)用表征技術(shù)， 穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)下材料合成與表征融合技術(shù)?？己酥笜?biāo)：掌握穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)下的高精度核磁共振、電子磁共振、超高壓輸運(yùn)、超快光學(xué)探測(cè)的綜合測(cè)量方法；解決小口徑磁 體與低溫、高壓、光學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)的融合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng) 下磁共振（25T）譜儀、多頻高場(chǎng)電子磁共振（82690GHz間斷 頻點(diǎn)）譜儀、超高壓（300mK,100GPa）輸運(yùn)設(shè)備、超快寬光譜儀（THz波段,2402600nm波段）的研制；掌握穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)下材料 合成的原位探測(cè)技術(shù)。12. 下一代先進(jìn)光源核心關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研究12.1 X射線自由電子激光原理和核心關(guān)鍵技術(shù)研究研究?jī)?nèi)容：X射線自由電子激光新原理及核心關(guān)鍵技術(shù)?？己酥笜?biāo)：完成全相干、緊湊型、超短脈沖、連續(xù)波 FEL的 理論探索與實(shí)驗(yàn)研究，包括 EEHG、PEHG、級(jí)聯(lián)FEL等；掌握 加速管（梯度70MV/m ）、能量倍增器、偏轉(zhuǎn)腔等 X波段加速關(guān) 鍵技術(shù)；掌握高性能波蕩器、高精度束流測(cè)量技術(shù)（位置精度好 于100nm，長(zhǎng)度精度好于50飛秒，等等）和飛秒同步技術(shù)（同 步精度好于20飛秒）；掌握高流強(qiáng)電子槍