行業(yè)百態(tài)5月10日，科學技術部發(fā)布國家重點研發(fā)計劃“大科學裝置前沿研究”重點專項2021年度項目申報指南。
 　　本重點專項總體目標是：開展專用大科學裝置的科學前沿研究，推動我國粒子物理、核物理、天文學等重要學科的部分研究方向進入世界先進行列；開展平臺型大科學裝置的先進實驗技術和實驗方法研究，提升大科學裝置支撐科技創(chuàng)新、經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全的能力。繼續(xù)支持我國具有特色和優(yōu)勢的大科學裝置開展前沿探索研究，力爭在世界上率先實現(xiàn)若干重大前沿突破。
 　　2021年度指南圍繞粒子物理、核物理、強磁場、天文學、先進光源、交叉應用等6個方向進行部署，擬支持21個項目，擬安排國撥經(jīng)費概算5.15億元。同時擬支持8個青年科學家項目，擬安排國撥經(jīng)費概算4000萬元，每個項目500萬元。
 　　申報單位根據(jù)指南支持方向，面向解決重大科學問題和突破關鍵技術進行設計。項目應整體申報，須覆蓋相應指南方向的全部研究內(nèi)容。項目實施周期一般為5年。項目下設課題數(shù)不超過4個，每個項目參與單位總數(shù)不超過6家。項目設1名負責人，每個課題設1名負責人。
 　　本專項 2021 年度項目申報指南如下。
 　　1. 粒子物理
 　　1.1 CKM 矩陣參數(shù)與底強子非粲衰變CP破壞的精確測量
 　　研究內(nèi)容：利用海量的底夸克實驗數(shù)據(jù)開展CP破壞等重味 物理前沿課題研究，主要包括：精確測量CKM夸克混合矩陣參數(shù)，例如β和γ相角等；精確測量B介子非粲衰變的CP破壞，包括理解三體衰變復雜的CP破壞結(jié)構(gòu)等；在底重子衰變中尋找CP破壞，包括捕獲.PNG衰變到三體或四體末態(tài)，并理解其中多體末態(tài)的CP破壞結(jié)構(gòu)。
 　　考核指標：對γ相角相關的重要衰變道進行測量，并結(jié)合其他測量結(jié)果，將γ相角的測量精度提高到4度以內(nèi)；在無圈圖污染過程捕獲.PNG中完成sin2β測量，精度達到10%以內(nèi)。若干B介子非粲衰變和底重子衰變的CP破壞的測量結(jié)果達到世界最好水平或為世界首次測量。
 　　1.2 基于中微子的反應堆監(jiān)測新技術及相關物理研究
 　　研究內(nèi)容：發(fā)展新型中微子探測技術，開展反應堆監(jiān)測技術和物理研究，主要包括：發(fā)展極低閾值、極低本底雙相氬時間投影室探測技術，尋找反應截面最大但尚未被探測到的反應堆中微子—原子核相干散射過程，以實現(xiàn)中微子探測器的小型化，用于反應堆監(jiān)測，同時研究其相關物理；發(fā)展基于新型低溫液體閃爍體的高能量分辨探測器技術，用于精確測量反應堆中微子能譜及核素譜。
 　　考核指標：發(fā)展小型化反應堆中微子探測技術，研制并運行一個極低閾值、極低本底的雙相氬時間投影室探測器，采用低本底氬，有效質(zhì)量不低于150kg，探測閾值達到1keV核反沖能；利用臺山反應堆，成功探測到反應堆中微子—原子核相干散射信號；測量低能標下的弱混合角。研制并運行一個采用高量子效率硅光電倍增管的新型低溫液體閃爍體探測器，有效質(zhì)量不低于1噸， 能量分辨在3MeV時優(yōu)于1%，比現(xiàn)有大型液閃探測器的最好水平(Borexino,~2.8%)提高2.5倍以上；利用臺山反應堆，測量高精度反應堆中微子能譜和核素譜，為江門中微子實驗提供有效譜形誤差1%以內(nèi)的數(shù)據(jù)依據(jù)，對U235和Pu239測量的有效譜形誤差達到4%和8%。
 　　1.3 無中微子雙貝塔衰變和太陽中微子實驗關鍵技術研究
 　　研究內(nèi)容：依托中國錦屏地下實驗室，開展尋找無中微子雙貝塔衰變、太陽中微子探測實驗的關鍵技術和方法研究，并初步建立相關實驗裝置開展實驗探測。
 　　考核指標：在無中微子雙貝塔衰變實驗領域開展先進高純鍺半導體探測器、極低溫晶體量能器、基于Topmetal技術的高氣壓時間投影室等實驗技術研究，確定具有中微子雙貝塔衰變有效質(zhì)量小于10meV靈敏度的探測器技術方案；建設百噸級太陽中微子探測平臺，實現(xiàn)太陽B8中微子的探測，重建出太陽中微子方向，5MeV 能量區(qū)間，太陽角重建的角度分辨為35度(68%的置信區(qū)間)。
 　　1.4 依托大型國際合作裝置阿爾法磁譜儀(AMS)的物理研究
 　　研究內(nèi)容：依托大型國際合作裝置AMS實驗，開展暗物質(zhì)和反物質(zhì)尋找，宇宙線的起源加速和傳播規(guī)律機制的物理研究工作。通過宇宙線正電子、反質(zhì)子和反氘核的精確測量，進行暗物質(zhì)尋找；通過宇宙線反氦核、反碳核和反氧核的測量尋找原初反物質(zhì)；精確測量宇宙線各原子核的能譜以研究宇宙線的起源加速和傳播規(guī)律。參與國際合作，研制滿足空間環(huán)境要求的新型大面積硅探測器，應用于AMS02的探測器升級。
 　　考核指標：暗物質(zhì)尋找的研究，分析AMS實驗數(shù)據(jù)得到1GeV~1.4TeV的宇宙線正電子能譜測量結(jié)果700~1000GeV精度達到35%；得到1GV~500GV的宇宙線反質(zhì)子能譜結(jié)果,反質(zhì)子能譜500GV精度好于20%；得到宇宙線反氘研究結(jié)果。反物質(zhì)尋找的研究，得到宇宙線反氦研究結(jié)果。宇宙線起源加速傳播機制的研究，得到2GV~3TV的宇宙線Na、Al、S、亞鐵(Z=21~25)等分析結(jié)果，100GV精度4%~5%，3TV精度20%~40%；研制成 滿足空間條件的10cm×100cm硅探測器，位置分辨率好于5微米，優(yōu)良通道占比超過 95%。
 　　2. 核物理
 　　2.1 STAR束流能量掃描實驗中QCD相結(jié)構(gòu)和臨界點的實驗研究
 　　研究內(nèi)容：針對量子色動力學(QCD)的核物質(zhì)相結(jié)構(gòu)和QCD臨界點的重大科學問題，依托相對論重離子對撞機(RHIC)的螺旋管徑跡探測器(STAR)的第二期束流能量掃描實驗，主要開展質(zhì)心能量20GeV以下的重離子碰撞實驗的物理分析。通過測量守恒荷的高階矩、超子整體極化和矢量介子的自旋排列、多奇異強子的產(chǎn)生、同質(zhì)異位核素的可能的手征磁效應分析等，建立系統(tǒng)的QCD相結(jié)構(gòu)和臨界點的實驗探針與方法，研究QCD物質(zhì)相結(jié)構(gòu)和QCD臨界點。
 　　考核指標：基于STAR實驗第二期能量掃描實驗數(shù)據(jù),獲得質(zhì)心系7~20GeV不同能量點下的守恒荷的高階矩的高精度實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)測量Λ、反Λ超子及矢量介子的整體極化及自旋排列的快 度依賴與能量依賴并揭示其物理起源，精確測量Ω粒子、φ粒子等 多奇異強子的產(chǎn)額分布并揭示其產(chǎn)生機制；通過測量分析同質(zhì)異 位素碰撞中相關物理量給出QCD手征磁效應、手征磁波效應是否在夸克膠子等離子環(huán)境中被觀測到的結(jié)論；利用以上分析得到的系統(tǒng)實驗結(jié)果給出QCD相結(jié)構(gòu)及QCD臨界點的信息。
 　　2.2 低能區(qū)原子核結(jié)構(gòu)與反應及關鍵天體核過程研究
 　　研究內(nèi)容：針對 X 射線暴和超新星等爆發(fā)性天體環(huán)境中的關鍵核反應過程，依托北京放射性核束裝置BRIF和相關核天體物 理研究裝置等，在低能區(qū)開展高精度的原子核的基本性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性與反應機制及關鍵天體核過程研究，積極發(fā)展相關微觀模型，在更廣泛的同位旋和角動量維度上探索原子核有效相互作用新規(guī)律，探索宇宙元素起源和星體能量產(chǎn)生機制。
 　　考核指標：完善BRIF高精度核物理實驗平臺(帶電粒子探測器陣列立體角覆蓋達4Pi的40%以上，能量分辨好于50keV)，測量3~5項奇特原子核的基本性質(zhì)、反應截面和衰變過程，統(tǒng)計精度好于10%；發(fā)展結(jié)合人工智能的核理論分析方法，探索原子核有效相 互作用及其演化規(guī)律；完善BRIF和相關核天體物理實驗平臺(伽馬探測器陣列立體角覆蓋達4Pi的60%以上)，發(fā)展天體核反應的 高精度實驗方法，測量天體演化相關的3~5項核反應截面和放射性原子核半衰期，統(tǒng)計精度好于10%；結(jié)合天文觀測，驗證天體演化模型，理解宇宙元素起源和星體能量產(chǎn)生機制；建立相關微觀模型，研究α團簇和核物質(zhì)狀態(tài)方程等在天體核過程中的關鍵作用。
 　　3. 強磁場及綜合極端條件
 　　3.1 強磁場下的代謝性疾病發(fā)病機制及防控新方法研究
 　　研究內(nèi)容：瞄準糖尿病和脂肪肝兩種代謝性疾病，依托穩(wěn)態(tài)強磁場大科學裝置，發(fā)展高場生物磁共振波譜與成像新技術，深入研究糖尿病和脂肪肝發(fā)生發(fā)展和調(diào)控機理；探索不同參數(shù)穩(wěn)態(tài)磁場對糖脂代謝、鐵代謝和氧化還原等代謝性疾病關鍵過程的調(diào)控及機制，研究穩(wěn)態(tài)磁場對腸道微生物代謝的影響，探索穩(wěn)態(tài)磁場在糖尿病和脂肪肝診療中的新策略。
 　　考核指標：發(fā)展針對糖尿病和脂肪肝等代謝性疾病的新型核磁共振波譜與成像檢測方法，開發(fā)1~2種治療糖尿病和/或脂肪肝的候選藥物；闡明穩(wěn)態(tài)磁場對糖脂代謝、鐵代謝和氧化還原的調(diào)控機制，明確穩(wěn)態(tài)強磁場生物安全界限，開發(fā)磁場在糖尿病和脂肪肝的潛在應用，研發(fā)1~2種基于磁場防控糖尿病和脂肪肝的演示樣機，血糖和脂肪肝改善達到>20%。
 　　3.2 強磁場下零/窄帶隙新型電子材料制備及其應用研究
 　　研究內(nèi)容：依托穩(wěn)態(tài)強磁場裝置，針對下一代電子器件對零帶隙/窄帶隙新型電子材料的需求，圍繞極端條件強磁場下電子材料制備的關鍵技術與關鍵科學問題，聚焦磁場對材料生長調(diào)控規(guī)律的獲取，系統(tǒng)開展強磁場下窄帶隙化合物半導體、零帶隙低維碳基材料、高頻碳/磁薄層材料、新型熱電材料等新型電子材料制備與應用研究，開拓其量產(chǎn)應用。
 　　考核指標：開發(fā)出強磁場(≥18T)輔助布里奇曼單晶爐樣機1臺；在強磁場下研發(fā)出幾種具有實用化前景的零帶隙/窄帶隙電子材料，包括大尺寸窄帶隙化合物半導體(~1 英寸，帶隙~0.62eV，霍爾電阻率>2000cm2/Vs，位錯密度<5000/cm2)、高性能碳基光熱催化量子點與光電材料(吸收/發(fā)射波長>1200nm，光熱轉(zhuǎn)換效率≥40%，納米酶催化效率≥0.1μM/s，載流子遷移率~10cm2/Vs，光響應性~106A/W)、適應于GHz/THz 波段的輕質(zhì)寬帶高頻吸收材料 (GHz波段：吸收>20dB、帶寬>5GHz；THz波段：吸收>20dB、 帶寬>1THz)、低成本高性能多元納米復合熱電薄膜(ZT 值≥2.0， 溫差≥10K，成本降低 50%)；探索研發(fā)材料在器件中的量產(chǎn)應用。
 　　3.3 強磁場回旋管高功率太赫茲波源及電子自旋共振譜儀
 　　研究內(nèi)容：依托脈沖強磁場裝置，針對材料電子自旋與核自旋的關聯(lián)、激發(fā)和弛豫過程等研究需求，開展THz回旋管理論與技術、高精度磁場位形和波形調(diào)控方法、THz高品質(zhì)波束形成與瞬態(tài)測量技術、高功率THz波激勵下的電子自旋共振譜儀研究，為探索關鍵材料結(jié)構(gòu)、性能以及動力學變化提供先進測試平臺。
 　　考核指標：建立基于強磁場的高功率回旋管太赫茲波源設計理論體系，解決磁場時空分布精確調(diào)控等關鍵技術問題，實現(xiàn)高功率太赫茲脈沖波和連續(xù)波輸出。(1)脈沖波輻射源：磁場強度>40T，頻率>1THz，功率>300W；(2)連續(xù)波輻射源：磁場強度>15T，頻率>800GHz，功率>30W；(3)電子自旋共振譜儀：時間分辨捕獲.PNG≤10ns，帶寬>1GHz，DEER空間分辨2~50nm。
 　　4. 天文學
 　　4.1 依托LAMOST、FAST的恒星稀有天體和關鍵物理過程研究
 　　研究內(nèi)容：瞄準恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關鍵物理過程，依托LAMOST、FAST大科學裝置，搜尋和發(fā)現(xiàn)恒星關鍵/稀有天體， 探測恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)，識別Ia型超新星前身星；發(fā)展恒星對流模型，研究特殊元素的形成和輸運、角動量轉(zhuǎn)移過程；深入探討雙星演化的走向和結(jié)局，以及超新星等重要雙星相關天體的形成和演化，結(jié)合黑洞觀測，多方面提高宇宙測距精度。
 　　考核指標：發(fā)現(xiàn)幾顆雙星公共包層演化階段天體；構(gòu)建貧金屬星和氦星的快速物質(zhì)損失模型，系統(tǒng)建立雙星演化的關鍵性判據(jù)；確定對流超射和星風在物質(zhì)與角動量轉(zhuǎn)移中的作用； 獲得下主序恒星和紅巨星表面存在磁場的星震學證據(jù)；通過FAST確定幾顆超新星前身星；提高超新星等宇宙標尺的測距精度。
 　　4.2 第25太陽周重大爆發(fā)活動與空間天氣研究
 　　研究內(nèi)容：針對太陽爆發(fā)活動及空間天氣形成的重大科學問題，充分利用我國自主觀測設備，探索重大爆發(fā)活動中磁場時空演化、爆發(fā)機理、能量釋放機制、空間天氣形成機理及影響的全鏈路過程。診斷太陽活動中等離子體加熱、粒子加速、激波形成與演化，獲得對重大太陽活動產(chǎn)生機理及其空間天氣效應新的可靠物理理解，并建立高精度的物理和數(shù)值預報模型。
 　　考核指標：確保我國自主觀測新設備，如MUSER、NVST、AIMS、WeHot、FASOT等發(fā)揮科學效益；取得第25太陽活動周重大活動事件完整觀測，建立數(shù)據(jù)庫，涵蓋國內(nèi)外磁場、光學、 射電等多波段成像及光譜/頻譜數(shù)據(jù)，開發(fā)新型大數(shù)據(jù)分析方法；發(fā)展三維(輻射)磁流體力學數(shù)值模擬，建立針對重大太陽爆發(fā)事件的理論和數(shù)值模擬模型；建立災害性空間天氣的高精確度預報模式和方法。
 　　5. 先進光源、中子源及前沿探索
 　　5.1 超高功率軟 X 射線光源新原理及關鍵技術研究
 　　研究內(nèi)容：針對能源科學、超導材料科學、超快物理化學和光刻等科學和應用領域?qū)Ω吖β蔈UV/軟X射線光源的具體需求，依托軟X射線自由電子激光大科學裝置，開展超高平均功率和超 高峰值功率EUV/軟X射線光源的新原理及核心關鍵技術研究，包括探索基于同步輻射和自由電子激光等產(chǎn)生高功率軟X射線脈沖的新機制，發(fā)展高功率X射線光源所需種子激光、光學傳輸和診斷等關鍵技術。
 　　考核指標：完成基于角色散機制的高平均功率EUV/軟X射 線光源(平均功率>100W)和基于啁啾激光增強型自放大自發(fā)輻射的高峰值功率軟X射線光源(峰值功率>100GW)的物理機制研究；基于軟X射線自由電子激光裝置實驗驗證高功率X射線產(chǎn) 生的新機制，掌握其關鍵技術和實驗方法，為用戶提供峰值功率大于1GW、光子能量大于200eV的軟X射線激光；掌握超高重復頻率(>1MHz)紫外波段種子激光和超大帶寬紅外波段種子激光等關鍵技術；掌握超高功率軟X射線的光學傳輸、光學元件冷卻(平均熱負載>100W，峰值功率>100GW)和光學診斷(時間測量精度好于1fs)等技術。
 　　6. 交叉科學與應用
 　　6.1 超高真空平面微納量子器件的分子束外延直接生長和原位表征技術研究
 　　研究內(nèi)容：發(fā)展選區(qū)外延生長和片上掩模外延生長等技術，實現(xiàn)量子材料微納結(jié)構(gòu)和平面異質(zhì)器件的超高真空分子束外延直接生長；開發(fā)極低溫、強磁場原子力顯微鏡，實現(xiàn)絕緣基底上的微納結(jié)構(gòu)和器件的掃描隧道譜電子態(tài)表征；改進平臺掃描微波顯微鏡、氧化物分子束外延生長等技術設備；基于這些新發(fā)展的技術研究拓撲-超導異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的馬約拉納模相關物理機理等關鍵科學問題。
 　　考核指標：利用分子束外延在超高真空環(huán)境直接生長出超導電極間距<300nm，半導體或拓撲絕緣體薄膜寬度<150nm，超導與半導體或拓撲絕緣體的界面原子級平整(起伏小于0.05nm)的 超導約瑟夫森結(jié)，測量到近鄰超導的硬能隙。所開發(fā)的原子力顯微鏡工作溫度低至0.4K，外磁場垂直方向最大9T，平行方向最大2T，掃描隧道譜能量分辨率好于1meV，實現(xiàn)對超導約瑟夫森 結(jié)的掃描隧道譜圖測量。
 　　6.2 粒子流、先進光源新實驗技術研究
 　　研究內(nèi)容：依托同步輻射光源、超快強激光、先進中子源、加速器等束流裝置平臺，針對材料科學技術、信息科學技術、生命健康和環(huán)境保護等領域的關鍵科學技術問題，發(fā)展急需的先進實驗技術和方法。
 　　考核指標：在選定的研究領域和研究目標，通過研究平臺與相關領域研究部門的密切合作，研發(fā)在同步輻射光源、超快強激光、中子源和加速器上為解決上述瓶頸問題急需的先進實驗技術和實驗方法，促進大設施在材料科學技術，信息科學技術、生命健康和環(huán)境保護等領域的交叉實驗研究。
 　　有關說明：本方向擬支持不超過8個項目。