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  • NOvA探测超新星中微子爆发
  • 新发现将对未来电池阴极的发展产生巨大影响
  • 杰斐逊实验室增加对原理验证研发的投资
  • 英国政府向小型核反应堆投资2.15亿英镑
  • 阿雷西博天文台的305米望远镜倒塌
  • 欧洲LEAPS联盟发布抗击新冠肺炎研究报告
  • 阿贡国家实验室开发新型X射线探测器
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杰斐逊实验室增加对原理验证研发的投资

在投资规划时需要增加投资组合，进行多样化投资——这一原则被应用到美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施研究中。杰斐逊实验室主任Stuart Henderson称，2020年把实验室定向研究与发展计划（LDRD）的投资增加一倍，以继续在新兴方向上发展战略性研究能力。 LDRD项目为扩展实验室核心科学能力的小规模研究项目提供支持，鼓励构思和探索新科学思想、新装置、新设施，进行概念验证与开发；提出新假说；提出解决科技问题的创新方法。 通过竞争性审查，提交的19项提案有7项被选中，并将从2021财年起获得资助。其中3个是前期项目的延续，另外4个是新项目。这些项目涵盖了广泛的主题，包括加速器研发、用于核物理的机器学习和量子信息科技等。研究充分利用实验室的专业知识积累，并与弗吉尼亚大学建立了新的合作关系。

2021-03-19  (点击量：998)

英国政府向小型核反应堆投资2.15亿英镑

2021年起，小型模块化反应堆（SMR）将获得低成本核能（LCN）项目2.15亿英镑投资。该项目是英国研究与创新署（UKRI）项目的一部分，于2019年11月启动，由Rolls-Royce公司领导的英国SMR财团资助，最初投资1800万英镑进行概念设计。 这是工业战略挑战基金的第二笔投资，它将加速反应堆概念设计，使其达到足以吸引私人投资者的成熟度，帮助英国占据SMR制造领域的国际领先地位，大力推动英国核工业的发展。行业合作伙伴投资的3亿英镑将对这一重大投资起到助推作用。 SMR项目将为英国带来以下收益：1）如果16座发电站全部建成，到2050年将为英国经济带来520亿英镑的收益；2）创造2500亿英镑的出口市场，带来高达4万个高价值就业岗位；3）振兴英格兰北部和威尔士北部的英国制造业。 这一举措为英国建立新的低碳产业创造独特机会，在力争实现2050年净零排放的同时，支持与帮助英国清洁经济（clean economic）复苏。 LCN项目的资助将使小型核反应堆的商业部署具有成本效益。它将提供低成本能源，进而减少英国各地的能源开支。顺利的话，小型核反应堆可在2030年初在英国部署。 把新型先进核能纳入绿色工业革命十项计划，是英国工业发展的重要一步。LCN期待与英国领先的工业企业组成联合体，发展新的创新能力，实现小型模块化反应堆规模化快速交付。这项计划将为制造业提供诸多高价值工作岗位和基础设施，是实现2050年零排放目标的重要基础。这项投资是政府对小型核反应堆的最大投资。英国凭借世界一流的创新能力与技能发展具有全球意义的行业，以应对清洁经济增长带来的挑战。 英国SMR财团临时首席执行官Tom Samson称，UKRI的进一步投资，对经济复苏和应对气候变化至关重要。SMR是政府承诺通过核能实现2050年净零碳目标任务中的重要组成部分，其中包括为氢和合成航空燃料的生产提供动力。

2021-03-19  (点击量：958)
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阿雷西博天文台的305米望远镜倒塌

2020年12月1日，位于波多黎各阿雷西博天文台的高305米望远镜的平台倒塌，损坏了天线及周围设施。 自11月6日钢缆发生故障以来，美国国家科学基金会（NSF）要求望远镜周围区域的非工作人员撤离，同时由工程师评估天文台其他结构的稳定性。虽然望远镜是该设施的关键组成部分，但该天文台还有其他科学、教育基础设施。NSF将与相关方合作使其恢复运转。 望远镜的三个支撑塔的顶部均已损毁。当900吨重的仪器平台倒塌时，望远镜的支撑钢缆也倒了。此外，天文台的学习中心因钢缆掉落而遭受了严重破坏。NSF将与管理天文台的中佛罗里达大学（UCF）合作，调查平台倒塌的原因。 此前，这台305米望远镜已经表现出即将坍塌的风险。NSF、UCF和其他参与方，包括UCF签约的工程公司，一直在监视它的情况，但是他们也没有料到平台会坍塌。2020年8月，望远镜的一根钢缆意外断裂。工程师们制定维修计划时，他们估计剩余的钢缆承受负荷毫无问题。但是，11月6日，又有一根钢缆断裂，他们认为该结构无法安全修复。 NSF打算继续授权UCF来支付阿雷西博工作人员的薪水，并采取行动继续在天文台进行研究工作，例如维修用于射电天文学的12米望远镜以及LIDAR设施的屋顶（一种地理空间研究工具）。维修费用来自应对玛丽亚飓风破坏的国会补充拨款。 一旦确定了现场安全性，在条件允许的情况下，天文台将进行其他工作。

2021-03-19  (点击量：914)

测量等离子体波

基于等离子体的加速技术有望实现新一代功能强大且紧凑的粒子加速器。但是，要应用这项新技术，还必须克服各种困难。特别是要实现对加速过程本身的精确控制。德国电子同步加速器研究所（DESY）的研究人员利用创新技术，以前所未有的精度成功测量了加速中的等离子体尾波。他们的方法能以飞秒级（十亿分之一秒的百万分之一秒）的分辨率来确定有效加速场的形状，从而可以详细研究加速过程，并为控制和优化未来的等离子体加速器打下基础。 等离子体是一种被剥离了电子的分子气体。高能激光或粒子束可以迫使这些自由移动的等离子电子振荡，从而产生强电场，加速带电粒子。为了实现这一目标，DESY的FLASH Forward设备将电子束以接近光速发射到等离子体中。研究人员解释说：“在电子束的后面形成等离子体电子尾流，另一个电子束就可以在此尾流中冲浪，并在此过程中被加速：就像滑水者在小船的尾流中滑行一样。这就是该技术也被称为等离子尾波加速的原因。” 等离子体尾流产生的加速度可能比目前使用的最强大的传统设备的加速度大一千倍。科研人员解释说：“要实现最高加速度，电子束和尾流必须精确地彼此协调。要做到这一点，必须能够精确地测量尾流的形状，但由于其只有千分之几毫米长，因此极具挑战性。” 该研究小组开发了一种方法，利用加速的电子本身来揭示等离子体尾流加速场的形状。为了实现这一点，首先使电子束通过曲柄式磁压缩系统旋转。然后横插入一块金属片，部分电子就会从电子束上脱离。最后，电子束再次旋转回原位。由于部分电子缺失，输出电子束的最终能谱发生了改变，从而可以推断出移除部分电子束位置的加速场强度。如果将电子束切得足够薄，则可以用飞秒的瞬时分辨率确定等离子体尾流中有效加速场的轮廓。在实验中，该团队能够实现15飞秒的分辨率——相当于尾流中大约千分之五毫米的空间分辨率。研究人员认为，甚至可获得更高的分辨率。 利用这项技术，可以详细研究各个实验组件与加速过程之间的相互作用，并有助于详细了解和优化等离子体尾波。

2021-03-19  (点击量：872)
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新发现将对未来电池阴极的发展产生巨大影响

发表在《自然·能源》杂志上的一篇论文介绍了如何利用英国钻石光源的共振非弹性X射线散射（RIXS）识别重要电池材料富锂NMC（Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2）中氧化氧（oxidised oxygen）的性质。人们正仔细考虑将这种化合物用于下一代锂离子电池，因为它可以提供比目前最先进的材料更高的能量密度，这意味着可以实现更长的电动汽车续航里程。他们希望这项工作有助于解决诸如电池寿命和富锂材料电压衰减等问题。该研究由牛津大学、亨利·罗伊斯和法拉第研究所、英国钻石光源的联合研究小组完成。 富锂阴极材料是增加锂离子电池能量密度为数不多的选择之一。这些结构中几乎所有的锂都可被去除，因为可以通过过渡金属（TM）离子的氧化及氧化物离子来补偿。但是，与这种氧化还原过程有关的高电压在放电时无法恢复，从而导致所谓的电压滞后和能量密度的显著降低。这是阻碍其充分利用的主要挑战之一，而且人们对这种现象的理解仍不透彻。 论文第一作者、牛津大学材料系Rob House博士表示，他们在钻石光源的I21光束线上使用高分辨率RIXS光谱研究了氧化还原过程，也是在其氧化物离子上存储电荷的方式。但是，事实证明，研究人员很难完全理解这一过程。此材料在第一次充电过程中会经历复杂的结构变化，导致较大的电压滞后现象，但人们尚不清楚氧化物离子存储能量的机理。” 他补充道：“分析我们获得的数据能够得到一些光谱特征，这些特征曾被RIXS技术探测到但无法被完全识别。我们能够解析由氧气分子振动引起的精细结构，从而能够分析在这一电池材料类别的RIXS特征。这些氧气分子被困在阴极主体材料中，可以在放电过程中重新形成氧化物离子，但电压会低于初始充电时的电压。这为解释氧化还原过程提供了一种新的机制，代表着电池材料向前迈出了重要一步。

2021-03-19  (点击量：986)

欧洲分析研究基础设施共同应对病毒和微生物威胁

2020年9月16日，欧洲电子显微镜综合基础设施（DREAM）、欧洲磁场实验室（EMFL）、国际质子研究基础设施（INSPIRE）、欧洲激光实验室、欧洲先进中子源联盟（LENS）、欧洲加速器光子源联盟（LEAPS）、欧洲离子束先进技术研发（RADIATE）等7个欧洲范围内的分析研究基础设施（ARIEs）联盟网络发布《欧洲分析研究基础设施应对病毒和微生物威胁联合立场文件》（Analytical Research Infrastructures in Europe-Viral and Microbial Threats Joint Position Paper），从面临的挑战、分析研究基础设施为应对COVID-19做出的响应、成果、前景展望5个方面，论述了ARIEs在应对病毒和微生物威胁方面发挥的重要作用，以及其在欧洲研究基础设施战略论坛（ESFRI）路线图中的关键地位。 病毒和微生物的进化导致出现新的病原体，它们可以规避已有的预防或治疗模式，这在人类文明的历史长河中无法避免。当前，应对传染源的主要挑战包括：1）传染性病原体迅速出现，流行持续时间不可预测；2）诊断和检测能力有限；3）缺乏对环境中传染性病原体的适当检测，尤其是对表面和空气的快速筛查；4）缺乏针对重症患者有效的治疗方法；5）缺乏预防性药物，特别是疫苗。SARS-CoV-2病毒和新冠肺炎疾病的突然出现和传播，暴露了人类社会的脆弱性，造成的巨大经济影响，成为全球性的挑战。 在使用新的诊断、治疗和预防方法迅速应对新型传染性病原体时，应当重视围绕病原体的结构、分子功能和病理生理问题开展的前沿基础研究，将研究成果从实验室应用到临床也需要多学科团队和组织之间的密切合作。在抗击新冠肺炎疫情期间，许多分析研究基础设施通过引入明确的工作方案和用户远程访问方式，扩大远程服务范围，快速建立了对新冠肺炎研究的支持。大部分设施启动了新冠肺炎研究的专用快速访问计划，帮助研究人员理解病毒对肺组织的影响，有助于开发病原体检测和治疗方法。分析研究基础设施的蛋白质生产能力为血清和结构研究提供直接支持，并为病毒-宿主相互作用提供了关键见解。 同时也暴露出急需解决的问题：1）实现或改进远程访问非大分子晶体学研究基础设施的能力。包括关注光束线和工艺的再发展潜力；进一步开发关键的样品制备设施，如氘标记和结晶平台，以便对新的研究目标作出快速反应；实现更高程度的自动化，即尽可能多的采用机器人和标准化样本环境；使用标准化支架，使机器人输送和装载样品成为可能；开发/改进标准化的数据采集、分析和管理软件；发展和强化工作流程；计算支持和网络安全；立足设施本身，重新思考调度流程和设施文化；开展远程访问培训，包括向/从分析研究基础设施运送样品；增加人力资源。2）对无法通过远程访问开展的实验，进一步加强设施操作员和用户之间的互动。包括开发可等效替代面对面互动的沟通途径；允许大型国际合作团队在现场尽可能有效地分享具体技术和专业知识；像在现场一样尽快解决复杂的实验问题，确保实验成功机会；像在现场一样分担工作，分享经验和专业知识，促进创新性成果产出；确保无法密切参与设施运行操作的用户，特别是年轻科学家，可以获得同等的支撑人才保障。

2021-03-16  (点击量：172)
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NOvA探测超新星中微子爆发

NOvA实验（NuMI Off-axisνe Appearance Experiment）因使用费米实验室的加速器的粒子束观测中微子振荡而闻名，它一直在关注从超新星到磁单极子的各种现象。 研究中最引人注目的天体物理现象是超新星。当一颗大质量恒星坍缩时，它99%的能量通过中微子爆发释放。虽然中微子携带的能量远远超过光子，却更难观测到。而NOvA的粒子探测器能够探测超新星产生的中微子。如果一颗超新星在星系中诞生，NOvA的14000吨的远端探测器（far detector）将在几秒的爆发中观测到数千个中微子，而300吨的近端探测器（near detector）能观测到几十个。 在Journal of Cosmology and Astroparticle Physics上即将发表的一篇论文中，NOvA合作小组描述了用于触发这种爆发的系统。由于附近的超新星非常稀有，中微子数据价值很高，NOvA使用了多个系统探测，以确保收集超新星数据。除了对这些观测数据中的中微子爆发进行连续实时搜索，NOvA还订阅了超新星预警系统（SNEWS），这是一个中微子实验网络，当任何两个设施观测到类似的超新星活动，该网络会相互提醒。NOvA还订阅了LIGO/Virgo合作观测到引力波事件时发出的警报，并将每个引力波事件都视为数据的潜在来源。 解释大多数引力波事件的最简单模型——黑洞在真空中合并——无法预测粒子的爆发。但如果黑洞在气体介质中融合，粒子就会被加速，从而可能会产生可观察的信号。其他解释引力波事件的替代模型也可能预测NOvA可见的粒子爆发。 另一种可能引发NOvA的情况是识别错误，即超新星被误认为是黑洞引力波事件。这项合作搜索了从超新星状的中微子到高能粒子雨NOvA可见的所有爆发。到目前为止，利用截至2019年年中报道的20多个引力波事件数据，NOvA尚未发现任何信号的迹象。未来几年引力波探测器的功能将迅速提高，会有更多的机会取得新发现。 NOvA的地下近距离探测器已被用来研究地下宇宙射线μ子的季节性变化，其大型远距离探测器被用于寻找其他奇异的宇宙现象，如对磁单极子的搜索。

2021-03-19  (点击量：987)

费米实验室实现持续的高保真量子隐形传态

量子互联网，即一种通过纠缠来实现远距离共享量子位中存储信息的网络，将改变数据存储、精确传感和计算等领域，从而开创一个新的通信时代。近日，费米国家实验室的科学团队朝着实现量子互联网的方向迈出了重要一步。在PRX Quantum上发表的一篇论文中，该团队首次展示了保真度大于90％的光子量子位持续和远距离（光纤长度达44公里）隐形传态。 量子隐形传态是通过量子纠缠来实现量子态从一个位置到另一个位置的“无形”转移，其中两个或多个粒子间彼此密不可分。如果两个单独的位置之间共享一个纠缠的粒子对，无论它们之间的距离如何，编码的信息都会被传送。 研究人员在两个量子系统上成功传输了量子比特，这两个系统分别是加州理工学院量子网络和费米实验室量子网络。它们具有近乎自主的数据处理功能，既与现有的电信基础设施兼容，也与新兴的量子处理和存储设备兼容。研究人员正在利用它们提高纠缠分布的保真度和速率，重点是复杂的量子通信协议和基础科学。 几个月前，美国能源部在芝加哥举行的新闻发布会上公布了国家量子互联网的蓝图，为建设芝加哥地区的量子网络奠定了基础。

2021-03-19  (点击量：884)

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