高能带电粒子束物理对探索物质世界更深层次的微观结构、核反应堆废料的处理、核燃料的再生、惯性压缩聚变、未来的加速器驱动的洁净核能源等将产生深远的影响

1996年2月25日美国费米国家实验室宣布1994年~1996年Tevatron对撞机运行终止,支持固定靶实验的Tevatron改造开始。Tevatron质子-反质子对撞机长时间运行性能稳定、综合亮度为150 pb-1的质子和反质子束成功输送至CDF和D0探测器。对撞机的峰值亮度达2.5×1031 cm-2-s-1,该参数是原对撞机亮度的25倍,运行时数据的累积导致了上夸克的发现。

1996年5月24日,美国官方正式宣布了“连续电子束加速器设备”(CEBAF)的建成,并重新命名为“托马斯 · 杰弗逊国家加速器设备”。该设备共耗资6亿美元。截至1996年,已成功提供3200小时束流时间用于各种物理学的研究工作。其中超导加速腔部分1996年成功加速电子至4 GeV,1997年初进行了5 GeV的电子加速试验,明年初将进行6 GeV的电子加速试验。初步的实验数据表明:该设备性能稳定可靠,品质优良。已用于“宇称-破坏”等一系列实验研究。

下一代直线对撞机试验加速器(NLCTA)是美国斯坦福大学直线加速器中心(SLAC)的最新的加速器设备。经过数年的研究,至1996年8月,它能以每米50MV的加速梯度将电子束加速至65 MeV。它的运行频率为11.4 GHz,是SLAC的4倍,加速梯度是SLAC的2倍。NLCTA是SLAC正在发展的未来电子-正电子直线对撞机(即NLC)的一部分。它的成功运行是NLC的一个重大的里程碑。

最近,约500名科学家聚集在美国卡罗拉多州的斯诺马斯镇,历时3周以探讨未来基于加速器设备的物理研究工作。这次会议是自美国超级超导对撞机(SSC)工程下马后的一个转折点,它使得科学家们重新对1982年斯诺马斯会议内容进行进一步的讨论。最终与会者决定对西欧核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)进行第一步的支持。科学家们还研究了基于NLC的零阶设计报告的下一代正负电子直线对撞机,进一步讨论了各种先进的加速技术、费米实验室Tevatron的升级计划、中微子对撞机的思想及大型强子对撞机的概念。

氚的加速器产生装置(APT)可产生足够的氚以补充由于衰变而导致的氚的减少(半衰期为12.5年),它需要一个平均功率大于1.5亿瓦的加速器。APT设计由一直线加速器产生1700 MeV、100 mA连续的质子束,质子轰击钨靶产生中子,中子在G周围的缓和层中被减缓,后经He3俘获而产生氚。美国洛斯阿拉莫斯(LANL)实验室已经开始了20 MeV低能演示加速器(LEDA)的安装与试验。LEDA的质子注入器目前已能提供120 mA、75 keV的品质优良的质子束。

桑地亚国家实验室的粒子束聚变加速器(PBFA)的设计目标是获得能量为1.5兆焦耳、功率为150万亿瓦的X射线。这样强的软X射线可用于惯性压缩聚变(ICF)的高密度研究、武器物理和武器效应应用的研究。当高能带电粒子束穿过微小钨丝线圈组时,轴向或纵向的电流脉冲导致了等离子体的爆聚,这样便以X射线脉冲的形式释放出大部分储存的能量。在PB-FA-Z实验中,Z收缩负载由120个钨丝线圈组成,钨丝直径为10微米,钨丝线圈排列成长为2 cm、直径为4 cm的圆柱形。产生的峰值X射线的功率超过110万亿瓦,而X射线的半高宽仅8毫微秒。X射线的测量数据由X射线二极管、电阻性的热辐射测量仪、时间积分和时间分辨谱仪及光导探测器测得。

费米实验室的主注入器工程已经获得了突出进展,目前工程70%已经建成,全部工程将于1998年完工。工程计划将对撞机亮度提高5倍。另外新的反质子储存环“Recycle”已经建成,它将安装在已有的主注入器附近,并将亮度再提高2倍。这项工程正由美国能源部进行评估。费米实验室还对电子对撞机的R&D技术、中微子对撞机及等离子体拍波加速进行了长期的研究。

高能带电粒子束物理的研究,特别是产生高能带电粒子束的加速器是一个耗资巨大、融各种高新技术于一体的浩瀚工程,它的每一个进展都将对未来的能源工业、科技、国防、世界的繁荣、和平与发展产生极其重大而深远的影响。