回旋加速器研究所庆祝核科学历史60周年

 

1964 年，德克萨斯州州长约翰·康纳利 （John B. Connally） 亲自访问了德克萨斯 A&M 大学校园，向当时的德克萨斯 A&M 校长詹姆斯·厄尔·鲁德 （James Earl Rudder） ’32 传达了一个好消息，即由于涉及原子能委员会的独特公私合作伙伴关系，德克萨斯 A&M 将建造一个价值 600 万美元的“原子粉碎机”。 德克萨斯州和韦尔奇基金会。

“这是今年最重要的公告之一，也许是一段时间内最重要的公告之一，”康纳利当时告诉《休斯顿邮报》，新的回旋加速器是第四个位于大学校园内的回旋加速器，也是南方最大的回旋加速器。“这是加州伯克利以东同类产品中最大的。

回旋加速器是一种粒子加速器，一种能够加速构成宇宙中所有物质的元素粒子的装置，使科学家能够将它们碰撞成一个目标，以研究这些粒子和塑造它们的力。离子或去除了一些电子的原子通过光束线注入回旋加速器 – 在德克萨斯A&M的案例中，光束线是保持在非常低的压力下以确保无污染环境的管道 – 被加速到光速的三分之一。从回旋加速器中提取后，离子被一系列电磁铁引导或聚焦到固定目标。当粒子与目标碰撞时，由此产生的碰撞会释放能量，产生核反应，散射粒子并产生其他粒子。通过这个过程，科学家们可以深入了解是什么将原子、原子核和核子结合在一起，以及世界在令人难以置信的小尺度上是如何表现的。

德克萨斯农工大学的两台回旋加速器都用于研究地球上的核反应，包括那些为恒星提供燃料并产生构成元素周期表的元素的反应。它们还用于应用目的，例如测试电子设备在暴露于辐射后是否可以继续工作，这对于卫星或太空中的所有电子设备都很重要。在过去的几年里，德克萨斯 A&M 公司最初的 K150 回旋加速器已被用于制造砹-211，这是一种发射 α 的原子核，是一种很有前途的同位素，可以通过靶向 α 疗法治疗癌症。

1967 年 12 月 4 日，诺贝尔奖获得者 Glenn T. Seaborg 和 Willard F. Libby 帮助德克萨斯 A&M 回旋加速器研究所落成——三天后，该研究所实现了第一个外部回旋加速器加速粒子束，这要归功于一个 400 吨、2,000 千瓦的磁铁，其功率相当于德克萨斯 A&M 发电厂输出的五分之一。二十年后，K150回旋加速器与K500一起加入，K500是目前世界五大超导回旋加速器之一。

核心价值观

回旋加速器研究所是美国能源部的大学设施，也是美国能源部指定的五个卓越中心之一，由大学杰出教授和化学教授Sherry J. Yennello博士领导。它由美国能源部和德克萨斯州共同支持，作为该州、国家和世界的主要技术和教育资源，致力于发现科学、劳动力发展和相关社会应用。该研究所因其研究而享誉国际，为德克萨斯 A&M 的核科学研究生课程提供主要基础设施支持。除了进行基础研究和教育学生基于加速器的科学和技术外，该研究所还为空间科学、材料科学、分析程序和核医学等各种应用提供技术能力。

在成立之初，可变能量回旋加速器有望提供康纳利所指出的那种基础研究，并被Rudder称赞为“真正的卓越突破”。

“德克萨斯农工大学已经接受了康纳利州长的挑战，将该州的脑力留在国内，”鲁德说。“A&M的回旋加速器研究所将吸引顶尖科学家，并将我们的物理和化学博士研究增加一倍。

初出茅庐的回旋加速器研究所的资金来自私人、州和联邦来源，这一传统一直延续到今天。最初的建筑成本和相关设备需求由总部位于休斯顿的韦尔奇基金会和德克萨斯农工大学的州立法机构拨款支付。美国能源部的前身原子能委员会（Atomic Energy Commission）为回旋加速器本身的建造提供了325万美元，该回旋加速器是以之前在伯克利建造的88英寸仪器和设施为蓝本的。

 

在卡片中

德克萨斯农工大学的仪器和教职员工的规模都与伯克利的相同。当时，全国只有另外两台回旋加速器正在建设中——密歇根州立大学和科罗拉多大学——而且都较小。

“我们是它们的精确复制品，从88英寸的回旋加速器（我们最初的K150）到整个设施，”Yennello研究小组成员、研究教授姚永利博士说。

“不过，他们的视野要好得多。”

早在1978年，Lui就实现了自己在德克萨斯州规模的信仰飞跃，在1977年在伯明翰大学举行的一次会议上与当时的回旋加速器研究所所长Dave Youngblood博士交谈后，从英国前往大学城，Youngblood在会上提到他正在招聘，并留下了他的名片。

“后来，我决定去看看，真的打算去伯克利，”吕说。“由于这样或那样的原因，事情失败了，所以我和妻子登上了前往大学城的火车。当我们在车站下车时，甚至没有人知道回旋加速器是什么或在哪里！我原本打算只呆一年左右，但一直没有时间离开。

 

过去和现在

始于 1960 年代的 Aggieland，当时有 14 名教师和研究生助理，每年的运营预算约为 100 万美元，现在是一个世界知名的核科学计划，涉及 100 多个附属成员——科学家、工程师、技术人员、支持人员以及研究生和本科生。该研究所的科学家每年在领先的科学期刊上发表近 100 篇论文，该研究所是其他国家和国际主要加速器设施合作研究项目的技术支持基地，同时还接待来自全国和世界各地众多实验室的科学家。

美国能源部的资助一直持续不断，核物理办公室目前的拨款编号可以追溯到 1993 年——Yennello 来到德克萨斯 A&M 的同一年——最近一次是在 2023 年 5 月以 1300 万美元的价格续签了三年。

 

此外，回旋加速器研究所是美国能源部/国家核安全管理局卓越中心计划（CENTAUR）的所在地，该计划由七个机构组成，其使命是提供必要的研究经验，以培养低能耗核科学领域管理科学的下一代领导者，以支持与国家库存管理目标相关的劳动力发展和研究相关需求。该研究所还领导了一项耗资200万美元、由美国能源部资助的15个机构资助的同位素培训工作，即拓宽同位素生产管道机会（HIPPO）计划。去年秋天，它是全国 21 个主办地之一——德克萨斯州唯一的一个——用于推出 2023 年核科学长期计划，该计划为未来十年推进国家的核科学研究计划提供了路线图。

久经考验

除了美国能源部和美国国家科学基金会每年总计980万美元的主要资金外，回旋加速器研究所还从外部研究资助中获得了可观的收入。此外，公司和机构（包括波音公司、洛克希德-马丁公司、美国宇航局、喷气推进实验室和美国海军实验室）为自己的研究项目租用回旋加速器的时间进行测试，每年净赚超过500万美元，每年产生的外部资金总额超过1500万美元。

多年来，研究所设施已被用于癌症治疗、辐射剂量学、植物生理学研究、精确分析测定、质谱技术的发展、“高T”超导体的研究、核废料嬗变技术的评估以及宇宙辐射诱导对微电子电路的影响的模拟。由此产生的突破是无数的，包括许多产品，例如安吉星，回旋加速器研究所在 1990 年代就为这些产品进行了所有测试，这些产品现在已成为家喻户晓的名字。
虽然发现科学计划已经持续了55年以上，但该研究所在1995年获得了一项新的独特能力 – 测试电子设备的辐射影响。在过去的三十年中，该计划已经发展到每年包含超过 4,000 小时的专用波束时间，使德克萨斯 A&M 不仅成为美国而且是世界上进行重离子与电子设备相互作用测试的首选地点，这是商业和军用卫星以及太空任务的重要保障。每年，超过 500 名用户来到该研究所进行这些关键研究，也许没有比 SpaceX 及其 Crew Dragon 太空舱近 100 个电子元件的关键测试更令人难忘的了，该太空舱在 2020 年创造了历史，成为自 2011 年以来第一艘从美国本土起飞的载人航天器。

 

早在1964年，该州和国家最初的投资就是为了支持发现科学 – Yennello说，这一大胆的举动在基础和应用研究方面都得到了回报。从那以后的几十年里，从医用同位素到芯片测试，见证了许多意想不到的好处。2022 年，美国国防部向回旋加速器研究所提供了 1100 万美元的赠款，用于设施改进，以提高该研究所在后一类方面的能力——Yennello 表示，这些改进将有利于该研究所正在进行的应用和基础工作。

“回旋加速器研究所代表了政府、学术界、工业界和慈善事业的精华，为更大的利益而努力，”Yennello 说。“正是这种基础科学、应用和教育劳动力发展的协同作用，在所有部门都非常强大。我们很荣幸也很自豪能够庆祝我们所看到的国家、民族和世界的集体成功，我们很幸运能在我们的后院拥有这些成功。

您知道吗？

德克萨斯 A&M 回旋加速器研究所独家团队和相关研究的两份出版物是 2024 年迄今为止被美国物理学会期刊《物理评论 C》选为“编辑建议”的七份出版物之一。这个特殊名称是为期刊编辑委员会认为最重要的文章保留的。
第一篇论文由拉尔夫·拉普（Ralf Rapp）博士领导，为理解最近观察到的夸克-胶子等离子体中重夸克复合过程的增强，或大爆炸后最初几秒钟存在的物质状态提供了理论基础。第二篇论文由格里戈里·罗加乔夫（Grigory Rogachev）博士领导，提供了关于在恒星环境中形成碳-12的概率的准确实验数据，同时也消除了由于最近一个澳大利亚小组的明显不正确的测量结果而出现的争议，该小组声称碳-12的形成概率比以前假设的要高出50%。