第二章 物理学
第七节 量子力学、加速器
一、量子力学 〔路径积分量子化的一般理论〕 中国科技大学阮图南、尹鸿钧与中国科学院理论物理所共同研究了“路径积分量子化的一般理论”。内容有3部分：一是路径积分量子化。二是束缚态场论和等时方程，新理论的特点是，B．S．波函数和类时部分不独立，它由类空部分决定；等时波函数和B．S．波函数给出同一个物理S矩阵元（等价定理）。三是夸克禁闭，认为不存在反常介质，由场的非线性性质可以产生反屏蔽效应导致夸克禁闭，由此建立一种具有禁闭机制的古典场论。 〔负度规量子力学的坐标、动量表象〕 中国科技大学范洪义、阮图南在负度规量子力学表象理论的基础上，利用负度规波色子相干态的性质和正规乘积的性质，首先导出了度规算符的正规乘积形式，进而讨论了坐标、动量算符的虚救本征值的本征态。利用相干态方法，证明它们是不可归一的；但是可以找到“类度规算符”使得它们的δ－函数归一化可以实现。 〔切伦柯夫线谱辐射实验研究〕 1979年以来，中国科技大学徐克尊小组用符合技术研究了80Srβ放射源准直电子束分别通过空气、溴蒸气和钠蒸气时产生的电磁辐射的性质。发现存在一种线谱辐射，此种辐射具有平面偏振性；角分布各向异性且集中在27．5°角附近；辐射相对电子通过的延迟时间远小于普通荧光寿命。并排除了是散射电子、通常的切伦柯夫辐射、韧致辐射和普通荧光的可能性。实验表明这是一种新的辐射机制，用切伦柯夫线谱辐射理论可以较好地解释。这个理论是由中国学者尤俊汉等首先提出，徐克尊等第一次从实验上证实存在此种辐射。该项研究得到杨振宁、袁家骝和严济慈等人赞许。 〔对称性及其守恒量问题〕 中国科技大学朱栋培广泛研究了各种对称性（几何对称、共形对称、动力学对称、超对称）及其守恒量问题，并把它应用到量子谱研究上。发现了一些系统（如单极子）的新对称性；开发了一些有对称性的新系统；提出用自逆反易矩阵来荷载转动群的表示，从而为解决谱问题提供了一种新的直观的几何方法。 安徽大学徐辅新关于核结构理论的研究，得到的转动谱公式四参数关系的新结论，修正了A．波尔在70年代提出的一个公式。他又提出一个新原子核质量公式，用它对1271个核素质量计算的结果，比国际上流行的几个质量公式更符合实验事实。并主持完成“用最新实验数据检验和发展核结构理论”研究项目。他的工作被国外同行多次引用。 〔正电子湮没一维角关联实验装置〕 中国科技大学等单位蒋惠林等研制的“正电子湮没辐射一维角关联实验装置”，用于测量金属、合金中的费米面及研究各种固体材料的电子动量分布和固体缺陷。该装置采用垂直长缝系统，可在常温和液氮温度下测量样品。仪器采用数控自动角扫描和微机数据采集预处理，实验过程不需要人看管。 二、同步辐射加速器 〔合肥同步辐射装置预研制及物理设计〕 同步辐射是一种性能优越、应用广泛的光源。随着中国科学技术水平的提高，对这种光源提出了十分迫切的需要。1978年春，中国科学院决定以中国科技大学为主建单位，开始筹建中国第一台同步辐射加速器——合肥同步辐射装置。合肥同步辐射装置可以提供从部分X射线、真空紫外直到红外频谱范围的高亮度、高稳定性的光辐射，这不仅对基础科学研究，而且对许多应用科学、尖端技术的研究也是一个强有力的手段。 合肥同步辐射装置预研制及物理设计，是中国科学院下达给中国科技大学的重点科研项目，经过3年多时间的努力，于1981年10月完成了预研制和物理设计工作。预研制的主要成果包括：30兆电子伏电子直线加速器、储存环超高真空系统样段、弯转磁铁样机、四极磁铁样机的预研制。物理设计的主要成果包括：合肥同步辐射装置的总体设计与理论设计，800兆电子伏电子储存环的磁铁系统设计、高频系统设计和真空系统设计，200兆电子伏电子直线加速器的加速结构、微波系统及脉冲电子枪设计，控制及束流测量系统设计，辐射防护及安全预评价等25项物理设计。1981年10月，中国科学院主持召开了该项目的审定会，一致认为：“该装置的物理设计是合理的、可行的，并已具备进入工程的条件”；“四项预制研究的测试结果表明，性能已达到设计指标，符合该装置的设计要求”。 中国科技大学何多慧等研制成的“30兆电子伏行波电子直线加速器”，于1978年开始设计，1981年7月21日第一次出束，输出能量大于30兆电子伏，脉冲流强大于30毫安。该加速器既为合肥同步辐射装置800兆电子伏电子储存环的注入器—— 200兆电子伏电子直线加速器的建造积累经验，同时它又是一台独立完整的实验设备。该加速器由脉冲电子枪、加速管、微波系统、大功率脉冲调制器、真空系统、恒温冷却系统、聚焦系统、束流测量及控制保护系统等组成。 中国科技大学张武等研制成的“电子储存环模拟弯转磁铁及磁场测量装置”，是合肥同步辐射加速器的预研制项目之一。磁铁铁心用含碳量为万分之四的低碳钢铸造成型。磁铁中心磁感应强度B 0为1．2×104高斯；中心平面上好场区宽度大于60毫米；在好场区范围内，磁场最大偏差△B／B小于5×10－4。三坐标磁场测量装置的精度达万分之三，探头分辨率为万分之一。 中国科技大学吴允燕等研制成的“电子储存环模拟四极磁铁及测量装置”，也是合肥同步辐射加速器的预研制项目之一。四极磁铁的磁中心与机械中心的偏差小于0．05毫米；在80％的内切圆孔径内，磁场高次谐波分量小于1％（I＝191安培）；磁场梯度G为1135高斯／厘米。其测量装置由线圈部分与三坐标测量系统组成。 合肥同步辐射装置的研制是中国科学院的一项重点科研工程，中国科技大学大批物理学工作者为之研究了很多相关的附属、配套设备，取得多项重要成果。 邓祖夷等研制的“电子储存环超高真空系统模拟装置”，是全金属的无油超高真空系统，真空室截面为100×40平方毫米，全长5．6米，主泵为溅射离子泵，可达到的最低平均气压为2．5×10－10托。 王萍等研制的“30兆电子伏试验段电子直线加速器的微波系统”，用于产生、放大、传输十几兆瓦的脉冲微波功率，送到加速管中，用来加速电子。 赵根深等人研制了“56兆瓦、250千伏大功率脉冲调制器”。这种高压强流脉冲调制器是大功率速调管的电源，而速调管是电子直线加速器的微波功率源。通过调制器和速调管将普通电网上的工频电能转化为便于电子吸收的微波电磁场能。 张柏雄等研制的“30兆电子伏试验电子直线加速器的脉冲电子枪”，为直线加速器提供一定流强、一定脉宽、一定能量的电子束。 史文龙研制的“30兆电子伏试验段电子直线加速器的中心触发器”，用于起动和触发电子枪、调制器、行波管同步工作，使从电子枪发射出的电子经过聚束器到达加速腔被微波电场精确地加速到光速。 赵化侨等完成“30兆电子伏电子直线加速器盘荷波导和耦合器的化学清洗抛光工艺研究”，确定以石油醚超声波去油、酸洗氧化膜、无氧化学抛光等新工艺，与美国斯福坦直线加速器中心使用的清洗工艺相比，具有无毒和去油步骤简便等优点。 金泰义等完成“电子同步辐射加速器盘荷波导零件的精加工研究”，用天然钻石刀进行微细切削，严格控制加工件温度（20±0．5℃），防止零件变形，保证了超精加工的质量。 金泰义等还研究了“电子直线加速器钎焊技术”，达到高光洁度、高同轴度、良好的真空密封性能、足够的机械强度等综合要求。 杨永宁等完成“电子直线加速器氢气保护钼电阻加热钎焊炉设计与施工”。根据加速器组装的特殊需要，研制出钟罩式氢气保护钼电阻加热钎焊炉，可联合自动控温。使温度场呈线性递减，蠕变小。 〔200兆电子伏直线加速器建成出束〕 1987年11月1日，具有国际80年代初先进水平的200兆电子伏电子直线加速器在中国科技大学建成出束。经过科技人员的精心调试，出束能量和流强分别达到222兆电子伏和58毫安，均超过设计标准。该装置综合了精密机械、微波、电子学、计算机以及超高真空等高技术。该加速器主要作为合肥同步辐射装置800兆电子伏储存环的注入器，还为核物理、辐射化学和自由电子激光等学科的有关研究提供了有力工具。 “量子力学与加速器”重要论文简表 表2－2－6   |
