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夏佳文

性别:

男

获奖年度:

2009

获奖奖项:

科学与技术进步奖

获奖学科:

物理学奖

工作单位:

中国科学院近代物理研究所

夏佳文,加速器物理学家。1964年7月出生,重庆涪陵人。1987年毕业于兰州大学现代物理系核物理专业,1993年获中国科学院近代物理研究所加速器专业理学博士,之后在中科院近代物理研究所从事加速器物理及工程工作。曾先后赴日本RIKEN、德国GSI、美国BNL进行合作研究。1998年至2007年,任国家“九五”重大科学工程“兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR”总工程师、CSR总体室主任及束流调试总指挥。现任兰州重离子加速器国家实验室副主任、HIRFL-CSR加速器总体室主任,研究员。

夏佳文主要从事重离子同步加速器与冷却储存环的理论研究、总体设计、实际建造与总体束流调试。1998年入选中科院百人计划, 2003年获国家杰出青年基金;2006年起承担国家自然科学基金重点项目及中科院知识创新工程重要方向项目,2009年开始承担科技部“973”项目课题。主要科技贡献包含以下几个方面。

一、在兰州重离子加速器冷却储存环工程中的贡献

1提出了“兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR”的设想,在理论上证明了两级回旋与双冷却储存环组合的可行性,给出了CSR概念性设计。CSR是根据我国国情及实际基础出发采取的双回旋与双冷却环的独特组合模式。它的实施大幅度地提高了我国重离子加速器的束流能量、种类、流强及品质。其中,碳束及氩束能量达到了每核子1千兆电子伏,为亚洲重离子最高能量,流强分别达到了15毫安及12毫安,发射度达到1π毫米·毫弧度、动量分散达到10-5量级。HIRFL-CSR是一大型重离子加速器组合装置,为多学科研究,如放射性束核物理、高离化态原子物理、核天体物理、重离子束治癌、材料科学和航天器件高能重离子检测等提供了一个综合实验平台。

2完成了CSR的总体设计与物理设计。根据科学目标,完成了将放射性核束的产生与重离子束冷却及同步加速相结合的总体方案。在此基础上完成了工程总体设计,包括总体参数及束流参数的计算与确定、总体布局。编写了《HIRFL-CSR工程总体设计与参数集》。并研究了磁场误差与安装公差对闭轨畸变及机器稳定性影响的非线性效应,确定了真空室截面及磁铁孔径等重要工程参数;提出了磁铁公差与安装公差的平衡方案及闭轨畸变校正方案;编写了《HIRFL-CSR工程储存环加工公差与安装公差确定》的报告。

3主持了CSR可行性研究及工程设计,协调工程建设,组织重要系统及关键设备研制,工程顺利完成。CSR实现了5×10-12 毫巴大型极高真空系统(全长540米,内表面积410平方米)、高精度整体叠压大型冲片弯曲电磁铁(共1500吨,274台,循环水1500吨/小时)、大功率高精度有源滤波脉冲电源(365台,配电功率12兆瓦),同时实现了铁氧体加载变频高频系统,纳秒量级大功率踢轨电源和01毫米超薄静电切割器等关键技术。

4主持HIRFL-CSR总体束流调试及运行,工程达到国家验收指标。CSR在世界上首次对100毫秒量级的短寿命近质子滴线核素63Ge、65As和67Se的质量进行了10-6量级的高精度测量;并实现了储存环高能重离子束变能共振慢引出,使我国成为第二个掌握此项技术的国家,为深部肿瘤临床试验治疗解决了关键技术难题。目前已在CSR上成功进行了两批8例深层肿瘤患者的治疗,疗效显著。

二、 在重离子加速器冷却储存环研究领域中的贡献

1构建了特殊的重离子储存环非对称磁聚焦结构,使兰州冷却环实现了多重功能,其中等时性环型谱仪功能对放射性核质量测量精度达到10-6量级。CSR在较短周长情况下,同时实现了全离子累积,电子束冷却,宽能区同步加速,快引出、慢引出、大接收度内靶实验及高分辨环型谱仪的多重功能。运行表明,主环CSRm注入时碳束储存寿命达到了1000秒的理论寿命,实现了与对称磁聚焦结构同样的稳定性;实验环CSRe实现了等时性环型谱仪功能,对放射性次级束进行收集、储存及探测,短寿命放射性核的质量测量精度达到4×10-6,并可同时对多种放射性核素进行批量测量。

2发展了双注入模式加空心电子束冷却的累积技术,实现了多种重离子束的高流强累积。CSR根据不同质量数的离子具有不同的冷却时间,采取不同的累积方式:对于A<40的离子采用剥离注入加空心电子束冷却,如碳束流强累积增益达到了300倍;而对于A≥40的重离子则采取多次多圈注入加空心电子束冷却,如氩束增益达90倍、氪束及氙束达30倍。

3提出了变谐波同步加速的新方法,实现能量增益140倍的宽能区连续同步加速。采用变谐波加速,避免了铁氧体加载高频系统宽频带变频加速时低端扩展的困难。

4建立了束流动力学系统相空间非线性传输的数学模型,实现了非线性粒子动力学相空间运动微分方程任意阶解的逆变换,建立了人工智能数学软件包,完成了二至十二阶的非线性传输系数的复杂数学推导。

夏佳文2002年被评为中科院百人计划首届优秀入选者,获日本加速器科学基金会(FAS) 2007年度西川奖,甘肃省2008年度科技进步奖一等奖,中国科学院2009年度杰出成就奖。培养博士研究生17名,硕士研究生10名。发表论文130余篇,申请发明专利7项。

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