强相互作用力的原理

可控核聚变。核反映分为两种：核裂变（fission）和核聚变（fusion）。所有的核反应，质子数都是守恒的。核裂变是指讲一个原子分裂成许多原子，比如铀原子裂解成氪原子和钡原子（n+U→Kr+Ba+3n，n表示中子）这个过程中可以放出能量（只有在铁以后的元素裂变后放出的能量大于裂变所需要的能量，也就是说铁以后的元素进行核裂变才有意义）。

目前人类掌握可控核裂变的能力，核电站便是其应用。核聚变是指将不同的原子结合到一起变成一个原子，比如氢的两个同位素氘氚结合形成氦原子（D+T=He+n，其中n表示中子，D表示氘，T表示氚）这个过程中同样可以放出能量（只有在铁以前的元素聚变后放出的能量大于聚变所需要的能量，也就是说铁以前的元素进行核聚变才有意义）。核聚变不会产生辐射污染。人类目前不掌握长时间可控核聚变的能力。氢弹是核聚变，确实不可控核聚变，而且氢弹需要原子弹（原理是核裂变放出大量能量）的爆炸进行引爆（这也是为什么虽然核聚变不会产生辐射污染，但是氢弹的引爆还是会产生辐射污染的原因）。太阳也是核聚变。为什么人类掌握了原子弹很快就造出了核电站，研究出了氢弹却迟迟做不出可控核聚变呢？因为核聚变需要在极高的温度下才能够进行，核聚变的反应基本步骤如下：把反应所需要的混合气体加热到等离子态，使原子核和电子能够自由移动，大约需要十万摄氏度。继续加热使原子核加速运动，从而在与其它原子核碰撞时结合成一个更大的原子核，需要上亿摄氏度。没了。听上去好像挺简单，但是在哪有能够承受上亿度的材料来做反应堆呢？打个比方，核反应就像一个稳定的投资，方案A：投资10万，回报100万；方案B：投资1亿，回报1000亿；A方案就相当与核裂变，B方案相当于核聚变；听上去B方案多划算，赚的又多，回报率又高，但是关键是你没有1亿啊。感谢全世界科研工作者的努力，现在已经有很多可行的思路。最早的著名方法是托卡马克（TOKAMAK）型磁场约束法（也是现在最主流的方法）。

它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内使机器设备不需要直面上亿摄氏度的反应以实现上述三个条件

。目前已经可以成功运行，但是运行时间极短远达不到应用的地步。我国大型托卡马克装置东方超环EAST，维持上亿摄氏度运行10秒。这已经是目前世界上最好的成绩，但离应用还有很长的路要走。而且按照现有的技术水平，要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿度）时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短，只有几个皮秒（1皮等于1万亿分之一秒）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站。原理上虽然就这么简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的还差几十倍、甚至几百倍，加上其他种种技术上的问题，使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服，但其美好前景的巨大诱惑力，正吸引着各国科学家在奋力攀登。

题主问的是LHC可能的后继者，CEPC是一个很有前途，很有可能实现的备选项目。毫无疑问，现在欧洲核子中心(CERN)的LHC(大型强子对撞机LargeHadronCollider)是世界上最大的粒子加速器，位于法国和瑞士边界，作为国际高能物理实验研究之用。LHC自运行以来获得了非常多的物理结果，目前最重要的结果毫无疑问是2012年确认的上帝粒子，关于Higgs请看寻找希格斯玻色子的意义是什么？-李淼的回答。当年欧洲开始建造LHC的时候，她并不是计划中最大的。当时美国人计划建造的超导超级对撞机（SuperconductingSuperCollider,简称SSC）【有没有发现物理学家命名对撞机时的词汇非常缺乏，无非是large、super、huge之类的“大”、“很大”、“超级大”……】，环的周长为87km，初始运行的主要目标是实现质子一质子的对撞，束流的能量为20TeV(万亿电子伏特)。对比现在的LHC，周长也才27km，质子对撞能量14TeV。可是现在为啥只听说欧洲的LHC，却没听说美国的SSC——因为美国太穷，建不起来啦！导致SSC关闭的直接原因是1993年年初审计总署（GAO）做出的对项目不利的报告。该报告认为，整个项目费用超支，进展滞后。例如，付给建筑师、工程师的服务费和基础建设费在预算12.5亿美元的基础上会超出6300万美元，完成项目的总费用增加和工期则难以估计。于是美国国会停止了SSC的经费。从此欧洲LHC一支独大，发现了标准模型的最后一个粒子——希格斯粒子，美国人只能眼红。按CERN的进程表，LHC在今年（2015年）会重新启动运行，以后还会有升级计划。今后各国还计划建造ILC（国际直线加速器），但是呢，人多则口杂，就会扯皮，导致ILC的进展缓慢。ILC的推动者主要是日本欧洲美国，大家也知道近几年他们的经济不景气，很多的科研经费都被政府砍掉了，例如原来的重返月球计划，**也已假装不知情。与此对比，天朝现在最不缺小钱钱，天朝说了，欧洲美国日本的科学家们，你们都来我家玩吧，加速器嘛，咱们要玩就玩个大的。钱呢，我出大头，你们出小头好了，既然我出钱多，当然要建在我家里啦，你们国家的科学家来给我打工~于是环形正负电子对撞机CEPC的计划新鲜出炉了。为了响应习总节约环保、可持续发展的号召，CEPC以后还能升级为超级质子对撞机SppC。CEPC-SppC是一个长达50–70km的环形加速器，是天朝独立提出的新一代加速器的概念。如它的名字所示，CEPC-SppC有两个工作阶段，第一阶段用做环形正负电子对撞机（CEPC），第二阶段则是将其升级为超级质子对撞机（SppC）。正负电子对撞机有本底低且初态精确可调的特点，而CEPC的质心能量可以轻松达到Higgs粒子的产生阈值（~240GeV）进而产生大量的干净的Higgs粒子（Higgs工厂）。目前LHC利用质子对撞，实验结果的本底非常高，不干净，不利于精确测量。而利用CEPC，人们可以对Higgs粒子以及其他的标准模型粒子（比如Z粒子）进行精确测量，从而搜索出新物理的蛛丝马迹乃至预言新物理能标。另一方面，超级质子对撞机能够达到的质心能量比目前实验上的最高水平大接近一个量级，可以对高达50或更高的TeV的能区进行直接搜索。综上所述，在寻找新物理方面，CEPC-SppC将能够发挥不可替代的作用。科学项目有国界，但是科学研究无国界。眼看着ILC迟迟建不起来，自己国家的政府没钱拨款建造新的加速器，各国的科学家是非常识时务的，纷纷投入天朝的怀抱，帮助天朝推动CEPC。去年清华大学主办了一个物理学论坛，叫“希格斯粒子之后，基础物理学向何处去”，此次论坛由菲尔兹奖获得者、清华大学教授丘成桐主持。诺贝尔物理奖获得者DavidGross、诺贝尔物理奖获得者Gerard’tHooft、菲尔兹奖和基础物理学奖获得者EdwardWitten、基础物理学奖获得者NimaArkani-Hamed、基础物理学奖获得者JosephIncandela、狄拉克奖和樱井奖获得者LucianoMaiani、日本东京大学卡弗里宇宙物理学与数学研究所所长HitoshiMurayama、潘诺夫斯基实验粒子物理学奖获得者王贻芳等八位世界一流的物理学家作为嘉宾参加论坛，谈了对基础物理学的未来发展的看法。这个论坛呢，科学家们可不仅是来谈物理的，更重要的是来推(坐)销(台)。因为在清华开完这个论坛，他们马不停蹄地到中科院高能物理研究所参加了CEPC的讨论会，参与推销天朝的CEPC项目。为啥要推销？一方面，这么多著名科学家都来天朝支持CEPC，会吸引更多的各国科学家来参与项目；另一方面，天朝政府看到这个项目弄得很火，肯定不好意思不给钱——就是要“忽悠”你家兔子心甘情愿地掏钱给物理学家做科研……土共一看，这么多国外的科学家带着技术和人才来投奔我，给我发展国内的高科技，掏钱就掏钱吧，何乐而不为？各位看官请看历史上，二战之后各国科学家是怎么投奔美国的，而美国在各国精英的建设下成为了一代霸主——历史似乎有了轮回的影子。在清华的那个论坛上，诺贝尔物理奖获得者Gross教授说：“我把这个梦想叫做‘天朝的伟大加速器(TheGreatAccelerator)’，这会和万里长城(TheGreatWall)一样引人瞩目。它会比万里长城的作用更大，会在科学技术各领域有突破和发现。”Maiani教授说：“美国建造了Tevatron对撞机，欧洲建造了LHC对撞机，天朝现在有机会建造CEPC，这是天朝高能物理发展的机遇。”Incandela教授表示：“建造新的高能加速器对深入理解我们赖以生存的宇宙非常重要，在国际高能物理学界的下一步发展计划中，期待天朝扮演一个举足轻重的角色。”各国科学家忙不迭地给天朝戴高帽，旁边还有天朝科学家帮腔，就是希望兔子能够给经费支持……那么CEPC目前的进展如何？前期研究和准备工作正在进行，当前正在做的是加速器和探测器的模拟工作，简单来说是要在计算机上做模拟以确定各个部件的建造指标。前期概念设计报告(preConceptualDesignReport)作为项目的第一个里程碑，已经在2014年底发布。大量的人力被投入进来，预计将在2020年完成技术设计报告(TechnicalDesignReport)。正负电子对撞机将在2021年开始建设，计划2027年完成建设。以下资料来自于CEPC官方网站和中科院高能物理研究所网站。选址。该项建设应当选择环境优美、旅游资源丰富、人文条件好、国际化基础好、地质条件好、交通方便、地方政府支持且有未来发展潜力的地区，以发展出国际科学城。备选地点：秦皇岛source=1940ef5c/隧道建设。为建设周长达50～70km的环形对撞机，首先需要建造一条宽约7m的地下隧道，以节约用地并屏蔽辐射。隧道埋深大约在地下50～100m左右，以不影响地面建筑。为节约造价，减低建造风险，提高建设速度，一般要求地质条件为花岗岩。目前在天朝建造这样的隧道没有技术难度，造价大概也是全世界最低的。CEPC的关键技术和初步设计参数。首期正负电子对撞机（CEPC）的设备主要包含超导高频加速系统、普通常温磁铁、真空、电源、束侧等，大部分技术我们基本掌握，总体上没有大的技术困难。初步的设计参数如下：source=1940ef5c/进度计划。天朝科学家和各国参与者们也制定了一个设计、研制的时间计划，如下表所示未来可发展为世界科学中心。在天朝建设这样一台加速器，将引领国际高能物理及相关技术的发展，使我们确定无疑地全面领先国际，成为国际研究中心。这是近代以来国人梦寐以求的事，也可以成为中华民族全面复兴的标志。该建设与科学研究将需要国内外上万名科学家与工程师，用国际化的方式运作、管理，因此需要建设一个国际化的大型科学研究中心。依托该研究中心，还会有许多相关设备及服务企业，围绕该中心可以建设一个国际科学城，并发展成为一个世界科学中心。想象以下，如果一切顺利，兔子将在2049年正式迈入发达国家行列，那时我们将有世界最大的对撞机，我们将有一个世界科学中心。世界主要经济体的规模（下图，来自费米实验室周为仁教授的报告）已有的以及即将建造的加速器的尺寸（下图，来自费米实验室周为仁教授的报告）上图中最小的红圈圈表示的是BEPC，是我国正在运行的北京正负电子对撞机。可见它与我国的经济实力相比是不符合的，我们需要建造像CEPC那样的对撞机，才符合我国的经济实力。所以……兔子你快掏钱啊。天朝现在已经成为世界第二大经济体，我们已经成为了经济强国，那么要不要成为一个科技强国？希望国家能加大对科技和教育的投入，使天朝在高科技领域也能占有一席之地。这样的投资实际上也是我国未来能够承受的。过去几十年，各国对大型加速器建设均投入巨资。下表列出了过去各国对大型装置的投入占当年GDP的比例。－的建设投资占GDP的比例低于或等于当年建设BEPC时的比例。世界各国当年的投入一般也高于此比例。表明我们有能力建设该项目。当年北京正负电子对撞机（BEPC）建设时也有许多争议。但小平同志高瞻远瞩，拍板决定了这项建设，现在看来由于BEPC的建设，我们在科学上获得了丰厚的回报，取得了一系列具有重大国际影响的成果。在技术上，BEPC使我们具备了建造大型加速器的能力，完成了同步辐射及散裂中子源等为社会服务的大科学装置建设，并成为技术引进的窗口，引领了网络及技术在天朝的普及与发展。在管理上，BEPC及高能所的国际化管理方式推广到科学院其他院所及其他重大项目，起到了重大作用。【环形正负电子对撞机】清华大学物理论坛，来为CEPC摇旗呐喊的外国科学家台上坐着几位诺奖得主，论坛由丘成桐主持。那天有幸去了会场，我坐在观众席第四排，位置大概在红圈标出的区域……看得到我不？_(:3」∠)_【END】----------------