近日，美國(guó)能源部科學(xué)辦公室(DOE-SC)批準(zhǔn)為密歇根州立大學(xué)稀有同位素束(FRIB)設(shè)施提供重大擴(kuò)建資金，撥款4850萬(wàn)美元用于建造一種新儀器——高透射光束線(HTBL)，這是高剛性光譜儀(HRS)的組成部分。

這一新進(jìn)展標(biāo)志著美國(guó)能源部對(duì)FRIB的持續(xù)投資又邁出了一步。自2012年以來(lái)，F(xiàn)RIB已獲得超過15億美元的投資。FRIB已經(jīng)被公認(rèn)為世界領(lǐng)先的稀有同位素加速器之一，旨在揭示在恒星爆炸等極端宇宙事件中產(chǎn)生的富中子同位素的特性。

包括新HTBL在內(nèi)的HRS將通過將涉及這些同位素的實(shí)驗(yàn)的亮度提高多達(dá)100倍來(lái)增強(qiáng)FRIB的能力。性能的提升將使科學(xué)家能夠?qū)υ倦y以研究的同位素進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。HRS旨在讓研究人員更好地了解同位素的基本特征，包括質(zhì)量、電荷和速度。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該儀器將傳輸以接近光速50%的速度傳播的同位素，這種高速傳輸有利于在稀有同位素生產(chǎn)目標(biāo)中使用更厚的箔，大大提高了同位素反應(yīng)成功的可能性。

HTBL旨在將FRIB的先進(jìn)稀有同位素分離器(ARIS)產(chǎn)生的稀有同位素光束傳輸?shù)焦庾V儀部分(SPS)或其他實(shí)驗(yàn)站。HTBL本身就提供了大量的科學(xué)機(jī)會(huì)，因?yàn)樗梢詳y帶稀有同位素到達(dá)可以研究富中子系統(tǒng)發(fā)射的伽馬射線的目標(biāo)位置，并將分析由這種相互作用產(chǎn)生的帶電粒子。目前正在開發(fā)一種專門的探測(cè)器系統(tǒng)來(lái)測(cè)量動(dòng)量和散射角，這對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中識(shí)別散射粒子至關(guān)重要。

整個(gè)HRS系統(tǒng)由HTBL和SPS組成，跨度超過230英尺。HTBL由12個(gè)不同配置的磁鐵構(gòu)成，重約640,000磅，旨在以近乎完全的效率將同位素運(yùn)送到各種實(shí)驗(yàn)裝置。SPS包括八個(gè)額外的磁鐵，其中兩個(gè)是FRIB有史以來(lái)建造的最重磁鐵之一，分別重1,320,000磅和740,000磅。

此前，2023年9月，美國(guó)能源部已向FRIB額外撥款1.15億美元用于HRS，并承諾撥款5.29億美元用于支持7.3億美元FRIB項(xiàng)目完成后的運(yùn)營(yíng)，此外還撥款1.99億美元用于初始運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。HTBL的建設(shè)預(yù)計(jì)將于2030年4月完成，但取決于國(guó)會(huì)每年的撥款。

密歇根州立大學(xué)研究與創(chuàng)新副校長(zhǎng)Doug Gage強(qiáng)調(diào)了FRIB對(duì)于推進(jìn)大學(xué)研究目標(biāo)的重要性。他指出，F(xiàn)RIB對(duì)于密歇根州立大學(xué)實(shí)現(xiàn)2030年達(dá)到10億美元研究支出的目標(biāo)至關(guān)重要。Gage將FRIB描述為一項(xiàng)旨在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和重大進(jìn)步的合作努力，可使各個(gè)行業(yè)受益。

自2022年5月運(yùn)營(yíng)以來(lái)，F(xiàn)RIB已將自己定位為國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究的重要資源。該占地536,000平方英尺的設(shè)施因其及時(shí)完工和成本效益而獲得認(rèn)可。作為美國(guó)能源部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)核物理辦公室下屬的用戶設(shè)施，F(xiàn)RIB對(duì)于涉及醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和國(guó)家安全等多個(gè)領(lǐng)域的研究至關(guān)重要。

自成立以來(lái)，F(xiàn)RIB一直專注于本地投資，其94%以上的采購(gòu)和勞動(dòng)力來(lái)自美國(guó)，78%來(lái)自密歇根州。目前，該中心擁有員工565人，其中包括153名研究生和134名本科生，致力于培養(yǎng)和發(fā)展下一代科學(xué)家和工程師。

FRIB正在進(jìn)行的項(xiàng)目包括單粒子效應(yīng)設(shè)施(FSEE)和即將建成的芯片測(cè)試設(shè)施(KSEE)，旨在解決全國(guó)先進(jìn)微電子技術(shù)測(cè)試能力不足的問題。HTBL資金的批準(zhǔn)標(biāo)志著FRIB及其在推動(dòng)科學(xué)研究邊界方面的承諾取得了重大進(jìn)步。該設(shè)施是理解復(fù)雜核相互作用的基石，并有可能產(chǎn)生對(duì)各個(gè)科學(xué)學(xué)科產(chǎn)生連鎖反應(yīng)的寶貴見解。