[论文解读] Project X: Broader Impacts

Asner, D. M., R. H. Heffner+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2013

Radiation Therapy and Dosimetry参考文献 6被引用 4

一句话总结

本文概述了费米国家加速器实验室拟议的多兆瓦质子加速器项目X的更广泛科学与社会影响，该项目将使粒子物理在强度前沿的尖端研究成为可能，同时通过多功能的束流调控和高束流功率，推动核能、防扩散和国家安全应用的发展。其主要贡献在于对高能物理以外的跨学科机遇进行了全面评估。

ABSTRACT

Part-3 of "Project X: Accelerator Reference Design, Physics Opportunities, Broader Impacts". The proposed Project X proton accelerator at Fermilab, with multi-MW beam power and highly versatile beam formatting, will be a unique world-class facility to explore particle physics at the intensity frontier. Concurrently, however, it can also facilitate important scientific research beyond traditional particle physics and provide unprecedented opportunities in applications to problems of great national importance in the nuclear energy and security sector. Part 1 is available as arXiv:1306.5022 [physics.acc-ph] and Part 2 is available as arXiv:1306.5009 [hep-ex].

研究动机与目标

• 评估拟议的项目X质子加速器在传统粒子物理研究之外的科学与社会收益。
• 识别并详细说明利用加速器的高束流功率和束流调控能力在核能、防扩散和国家安全方面的应用。
• 证明项目X可作为多用户设施，支持多样化的科研群体和国家优先事项。
• 提供与加速器独特能力相关的跨学科合作与基础设施发展的路线图。
• 通过量化项目X在能源、安全和先进材料等多个领域潜在影响的证据，支持其立项。

提出的方法

• 利用费米国家加速器实验室拟议的多兆瓦质子束，实现粒子物理及其他领域的高强度实验。
• 设计束流调控功能，以根据多样化应用需求定制束流参数（电流、能量、脉冲结构）。
• 评估利用该束流开展嬗变研究、同位素生产及与先进反应堆设计相关的核数据测量的可行性。
• 评估质子束在防扩散和核保障中的应用，包括特殊核材料的探测。
• 将加速器驱动系统和散裂源整合为材料辐照和中子源开发的平台。
• 与国家实验室及机构合作，确保项目X与现有及新兴的能源与安全研究计划保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 像项目X这样的高功率质子加速器如何支持核能和先进反应堆开发的应用？
• RQ2 项目X束流在防扩散和核保障中的技术和科学路径是什么？
• RQ3 项目X在高能物理之外，如何推动材料科学和中子物理的新研究？
• RQ4 如何利用束流调控能力同时服务于多种科研和国家安全任务？
• RQ5 需要何种制度和协作框架，以最大化项目X在各学科间的广泛影响？

主要发现

• 项目X可提供多兆瓦功率的高强度质子束，使粒子物理及其他领域实现独特实验成为可能。
• 该设施可通过同位素生产、嬗变研究和先进反应堆设计所需的中子数据测量，支持先进核能研究。
• 束流调控功能可实现定制化辐照和中子源生成，适用于材料测试和防扩散应用。
• 加速器可支持加速器驱动次临界系统（ADS）的发展，用于核废料嬗变和能源生产。
• 项目X为国家安全应用提供平台，包括特殊核材料的探测与表征。
• 该设施可作为多用户枢纽，整合美国多个国家级实验室的高能物理、核科学与工程研究。