高能物理研究所

高能物理研究所

中國科學院高能物理研究所是我國高能物理研究、先進加速器技術的研究開發、先進射線技術及射線套用的綜合性研究基地。他的前身是創建於1950年的中國科學院近代物理研究所,後改稱物理所、原子能研究所,1973年根據周恩來總理的指示,在原子能研究所一部的基礎上組建而成。歷任所長張文裕、葉銘漢、方守賢、鄭志鵬、陳和生。

簡介

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2002年底全所職工總數1076人,進入試點的總人數為373人。科技人員總數為682人,其中研究員98人,副研究員、高級工程師等233人。有中國科學院院士6人,中國工程院院士2人。在讀研究生211人、在站博士後29人、客座和流動研究人員約370人。

高能所設有8個研究單位,開展的研究工作主要有高能物理宇宙線和高能天體物理理論物理加速器物理技術同步輻射自由電子雷射核分析技術套用等。大型科研設施和裝置主要有北京正負電子對撞機(BEPC)、北京譜儀(BES)、北京同步輻射裝置(BSRF)、北京自由電子雷射裝置(BFEL)、西藏羊八井廣延大氣簇射陣列和強流慢正電子裝置等。

50年來,我國的高能物理研究有了飛速發展,特別是改革開放的20多年來,高能所經歷了翻天覆地的變化。1988年10月,北京正負電子對撞機的建成和對撞成功,為我國粒子物理研究和同步輻射套用開闢了廣闊的前景,也使高能所從此成為世界八大高能物理實驗研究中心之一,在τ-粲物理實驗研究方面居於國際領先水平。

正負電子対-內部結構模型圖正負電子対-內部結構模型圖

北京正負電子對撞機和北京譜儀目前是國際上工作在τ-粲能區唯一的高亮度正負電子對撞機和先進探測器,1990年運行以來已得到一批在國際高能物理界有影響的研究成果。例如:τ輕子質量的精確測量、DS粒子衰變常數的首次與模型無關的直接測量、J/Ψ粒子共振參數的精確測量、R值測量等。目前,BES已擁有J/ψ事例6000多萬個,相當於國際同能區對撞機獲取事例總和的近4倍,有把握取得高水平的物理成果,使BES近幾年內在粲偶素和膠球物理領域保持國際領先地位。

北京同步輻射裝置是目前國內唯一的廣譜輻射源,已提供給全國200多個用戶的800多個課題開展交叉學科的研究。在凝聚態物理、材料科學、生物、醫學、地礦、石化、環境科學等方面,充分發揮了同步輻射實驗方法的優勢,取得了一批高水平的實驗成果。

粒子天體物理重點實驗室是我國此領域的重要研究基地。中日合作建成的西藏羊八井廣延大氣簇射陣列是國際四大超高能γ天文和超高能宇宙線研究陣列之一。目前,中意合作15000m2的ARGO實驗大廳落成,已進入全面安裝階段,它將使羊八井宇宙線觀測站在本世紀初仍保持國際領先地位。

核分析開放實驗室主要開展中子活化分析、質子激發的X射線分析、離子束分析、X射線螢光分析、穆斯堡爾譜、正電子湮滅等方面的套用基礎研究和套用工作。

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由高能所研製的北京自由電子雷射裝置於1993年5月實現受激輻射,同年12月實現飽和振盪,從而使我國在這一高科技領域跨入國際先進行列,成為繼美國、西歐之後又一個獲得紅外自由電子雷射的國家。

為滿足高能物理國際合作的要求,高能所於1986年建成了我國第一條國際計算機通訊線路,率先進入國際網際網路,為我國信息高速公路的發展做出積極貢獻。

1978年至今,高能所共獲獎200餘項。其中,北京正負電子對撞機工程獲國家科技進步特等獎、北京35MeV質子直線加速器工程獲國家科技進步一等獎、τ輕子質量的精確測量獲國家自然科學二等獎、北京自由電子雷射裝置獲國家科技進步二等獎、ψ(2S)粒子及粲夸克偶素物理的實驗研究獲國家自然科學二等獎等。近10年來,高能所在國際刊物上發表及被引用的論文數,在全國科研機構中的排序均在前10名之內。

高能所充分發揮多學科綜合性研究單位的優勢,運用高頻、超高真空、微波、精密磁鐵製造等多種尖端科學技術開展科技開發工作,主要技術開發領域有加速器技術、核醫學儀器、核儀器儀表技術、工業自動化技術、信息技術、精密機械加工等。

高能所是國內首批批准的博士碩士學位授予點及博士後科研流動站的單位之一,現有物理學一級學科授予權。目前在崗博士生指導教師80餘人,碩士生指導教師300餘人。現設有理論物理、 粒子物理與原子核物理、凝聚態物理、光學、核技術及套用等5個博士專業點(博士、碩士學位授予權),無機化學碩士專業點以及物理學、核科學與技術2個博士後科研流動站。我所從1978年開始共招收培養攻讀碩士學位和博士學位研究生961人。目前在學博士生102人、碩士生109人。1984年以來共接受培養博士後139人,目前在站博士後29人。1982年我所培養出我國第一位理學博士。1998年和2000年連續兩次被批准為中國科學院博士生重點培養基地之一。

2000年7月,國家科技教育領導小組審議通過《關於我國高能物理和先進加速器發展目標的匯報》,認為發展高能物理和先進加速器對提高我國綜合科學技術實力、保持我國在該領域的應有地位、穩定一支精幹的高能物理研究隊伍有著重要意義,並同意在BEPC取得成功的基礎上對該裝置進行重大改造,用較少的投入繼續取得高水平的研究成果。

2001年4月,高能所進入中國科學院知識創新工程二期試點。2003年3月,國家發展改革委員會正式批准了北京正負電子對撞機重大改造工程(BEPCII)項目。高能所面臨新的發展機遇和挑戰,任重而道遠。為確保中國高能物理事業發展目標的實現,高能所的科技人員懷著高度的歷史責任感,在知識創新工程的鼓舞下,迅速高效地投入新的戰鬥。

榮譽

1978年以來,高能物理所共獲得國家和中國科學院科技進步獎、自然科學獎200餘項。其中重要的有:北京正負電子對撞機工程(國家科技進步特等獎)、

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北京35MeV質子直線加速器工程(國家科技進步一等獎)、τ輕子質量的精確測量(國家自然科學二等獎)、北京自由電子雷射裝置(國家科技進步二等獎)、ψ(2S)粒子及粲夸克偶素物理的實驗研究(國家自然科學二等獎)等。
高能物理所歷年被SCI收錄的論文數,均居全國研究機構的前10名以內;自1985年以來,共取得專利21項。

學科建設與研究領域

高能物理所是以基礎研究和套用基礎研究為主的多學科綜合性研究所。主要學科方向為高能物理研究(包括宇宙線和高能天體物理)、先進加速器技術研究和先進射線技術及射線套用研究,併兼顧核分析技術及交叉學科研究。主要領域為:高能物理、理論物理、粒子天體物理、加速器物理與技術、核探測器與核電子學、同步輻射套用、核分析技術及套用、自由電子雷射、輻射防護、計算機和網路的套用等。

高能物理所重要的科研設施及裝置有:北京正負電子對撞機、北京譜儀、北京同步輻射裝置、北京自由電子雷射裝置、強流慢正電子裝置、西藏羊八井國際宇宙線觀測站等。

北京正負電子對撞機是目前世界上唯一工作在τ-粲能區的正負電子對撞機,取得了"τ輕子質量的精確測量"、"ψ(2S)粒子及粲夸克偶素物理的實驗研究"等重要的物理成果,使高能物理所在國際τ-粲物理的實驗研究領域處於領先地位。

高能物理所現有館藏中、外文(含英、日、俄等)圖書68177冊;期刊45410冊。

鄧小平同志的親切關懷下,北京正負電子對撞機(BEPC)於1984年10月奠基、1988年10月建成, 使我國在粲夸克τ輕子物理的實驗研究中處於國際領先地位,高能物理所已成為世界主要高能物理實驗研究中心之一。1991年,國家計委正式批准成立北京正負電子對撞機國家實驗室。北京正負電子對撞機"一機兩用",它的北京同步輻射裝置(BSRF)是對社會開放的大型科學平台,提供真空紫外至硬X同步輻射光源。北京同步輻射裝置現有12條光束線和14個實驗站,每年全國有100多個用戶進行300多項交叉前沿學科課題的研究。

高能物理所的優勢研究領域是高能物理、宇宙線和高能天體物理、加速器物理及技術、同步輻射及套用、核分析技術及套用、計算機和網路的套用等。北京正負電子對撞機自運行以來,性能良好,成為國際上在3-5GeV能區數據量最大的加速器和探測器,取得了許多重要的物理成果。尤其是1992年發表的τ輕子質量的精確測量結果,糾正了過去τ輕子質量約7MeV實驗偏差,並把精度提高了10倍。這個成果結合國際上同時期的τ輕子壽命和衰變分支比的精確實驗測定,再次證實了輕子普適性原理,被國際上評價為當年最重要的高能物理實驗成果之一,使高能物理研究所在國際τ-粲物理的實驗研究領域處於領先地位,在世界高能物理實驗研究領域占領了一席之地。

知識創新試點工作目標

1、試點工作總目標

· 5年內將高能物理所建設成為世界公認的著名高水平綜合性研究機構,再經過若干年的發展,爭取達到國際一流水平,成為具有國際先進水平的知識創新和技術創新基地。

· 在 -粲物理、非加速器物理和理論物理等國際基礎研究前沿領域取得若干具有國際領先水平和重大國際影響的原始創新性研究成果。

· 高水平完成BEPC-II項目,保持和發展BEPC在該能區的國際領先地位,並使我國加速器技術達到世界先進水平。

· 為我國多學科開展創新性研究提供同步輻射實驗研究平台,為國家的一些重大科研計畫(如結構基因組研究計畫、納米科技研究計畫)的實施做出重要貢獻。

· 培育若干新的學科生長點。強流質子加速器技術、自由電子雷射技術的研究取得重大進展,並根據國家需求,適時做出進一步戰略部署(如散裂中子源及其套用、短波長自由電子雷射裝置及其套用)。

· 與企業界密切合作,將醫用加速器、工業輻照加速器、正電子斷層掃描和工業CT等高技術產品規模產業化,部分產品形成品牌、在國內市場占有顯著份額。

2、重點學科領域、主要研究方向和組織結構調整目標

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(1)重點學科領域、主要研究方向

1)高能物理研究--基礎科學前沿研究

[1] 基於加速器的高能物理實驗研究

[2] 非加速器物理實驗研究(宇宙線、高能天體物理等)

[3] 核探測技術和快電子學研究

[4] 粒子物理和核物理理論研究

2)先進加速器技術研究和開發--面向國家需求的戰略高技術研究

[1] 高亮度正負電子對撞機和相關加速器技術的研究

[2] 強流質子加速器技術研究

[3] 加速器技術的套用開發及產業化

3)先進射線技術及其套用--面向國家科技發展戰略需求的研究平台

[1] 同步輻射及其套用

[2] 自由電子雷射及其套用

[3] 核分析技術及其套用

承擔的重要項目

遵照國家科教領導小組關於中國高能物理髮展戰略的決定,高能物理所承擔的北京正負電子對撞機重大改造工程(BEPCⅡ)已經國務院2003年2月12日辦公會議批准立項。該工程完成後,北京正負電子對撞機的亮度將提高近兩個量級,並能大幅度提高北京譜儀的性能,繼續在粲物理研究中取得高水平的成果,保持我國高能物理在這個領域的領先地位。同時,高能物理所還承擔了國家自然科學基金項目94項、重大項目1項(包括7個子課題)、重點項目3項;國家傑出青年項目4項;海外青年學者合作項目1項;國際合作重大項目5項;973項目6項;921項目1項、863項目3項;其他項目45項及中國科學院知識創新項目22項;所內創新項目49項等。

國際合作交流

高能物理所與世界各高能物理實驗室和大學有廣泛的合作和交流,參加了國際高能物理實驗前沿的許多重要實驗。高能物理所每年派往國外進行合作研究、進修、短期工作和參加學術會議數百人次,應邀來高能物理所訪問的外國學者數百人次。近年來,每年均成功地舉辦10餘次國際學術會議。

高能物理所參與的重要國際科技合作項目有:北京譜儀(BES)、阿爾法磁譜儀(AMS)、L3+C宇宙線測量、CMS實驗、ATLAS實驗以及中日、中意羊八井宇宙線實驗等。

重點實驗室

高能物理所擁有北京正負電子對撞機國家實驗室;中國科學院上海原子核所、高能物理所核分析技術重點實驗室(北京分部)、中國科學院粒子天體物理重點實驗室

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中國科學院核分析技術重點實驗室,掛靠在高能物理研究所和上海原子核研究所。1990年開始自費向國內外開放;1996年在院組織的開放實室評估中得到很高的評價,並取得中國科學院和科委的運行經費資助;在1999年8月中國科學院基礎局對20個開放實驗室的評估中,被評為優秀,排名第二,進入中國科學院知識創新工程。2001年隨研究所整體進入中國科學院"知識創新工程"。核分析技術是在實驗核物理和核化學基礎上發展起來的一門新型學科。其特點是利用粒子與物質的相互作用、輻射效應、核譜學和核效應等基本原理和實驗方法,研究物質的原子和分子組成、表面狀態和內部結構,它具有靈敏度高、準確度好、微區和微量分析、動態實時分析以及非破壞性等許多非核方法不具備的優點,因而具有重要的科學價值和套用前景
粒子天體物理重點實驗室於1997年4月被評為中國科學院開放實驗室。1999年進入中國科學院知識創新工程。它的研究方向超高能和極高能宇宙線物理、高能天體物理和空間高能X射線天文、非加速器粒子物理是高能物理所的主要研究方向之一。開放室有以中國科學院院士為代表的高水平學術帶頭人和一支由十幾位青年博士為主體的科研隊伍,學科配套合理,人員整齊,在探測器研製和科學研究方面都有很強的實力。經過幾十年的建設,形成了一支包括野外觀測台站、實驗室數據處理、探測器和電子學研製,理論分析和物理研究的配套的科技隊伍。開放室擁有被譽為世界上最好的羊八井宇宙線觀測基地、目前國內唯一的硬X射線空間觀測設備-HAPI4硬X射線望遠鏡和目前國內最完備的高能天文衛星資料庫,在宇宙線和高能天體物理研究方面取得了一批具有世界水平的成果,學科發展前景十分廣闊。

兩院院士介紹

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何澤慧院士 女,1914年3月出生,山西省靈石縣人。1936年畢業於清華大學物理系,1936年─1940年在西德柏林高等工業大學攻讀並獲得博士學位。1940年─1948年先後在德國柏林西門子物理研究室,海德堡皇家核物理研究所和法國法蘭西學院原子核所任研究員。

何澤慧同志曾在中國科學院原子能所和高能物理所任職,1980年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:宇宙線與高能天體物理

何澤慧研究員一直從事原子核物理的研究及實驗工作,研究並發現了正負電子碰撞事例,還發現了鈾的三裂變和四裂變現象。

何澤慧研究員研製成對質子和電子靈敏的核乳膠,獲得中國科學院三等獎。她領導建立中子物理研究室,開展了大量的研究工作,為我國原子能事業的發展做出了貢獻。

七十年代後,何澤慧研究員主張開展交叉學科研究,對我國空間科學、高能天體物理、宇宙線物理和超高能核物理的研究和發展起了很大的推進作用。在國內外重要學術刊物上發表論文10餘篇。

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唐孝威院士 男,1931年10月出生,江蘇省無錫市人。1952年畢業於清華大學。曾在原子能所、核工業部九院、高能物理所工作。並先後到杜布納聯合核子所,聯邦德國電子同步加速器中心,瑞士歐洲核子中心等處工作。1980年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:粒子物理實驗、核技術在生物和醫學中的套用

目前主要研究內容:

1. 分子核醫學,著重在用PET和FMRI進行腦功能實驗及其圖象分析。

2. 發展近場技術研究生物大分子特性(國家自然科學基金重大項目)。

3. L3實驗數據分析(國際合作項目)

4. AMS實驗數據分析及探測器研製(國際合作項目)。

5. 主編《粒子物理實驗方法》、《正負電子物理》等書。

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謝家麟院士 男,1920年8月出生,河北省武清縣人。1943年畢業於燕京大學物理系。1947年赴美留學, 1948年獲加州理工學院碩士學位。1951年獲史丹福大學博士學位。1980年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:加速器物理與技術;自由電子雷射

謝家麟研究員於1951年-1955年,先在史丹福大學微波及高能物理研究室進行研究,後任芝加哥MICHAEL REESE 加速器工程負責人,曾領導建成當時世界能量最高的醫用電子加速器。1955年回國後,歷任高能物理所副所長、八七工程加速器總設計師、北京正負電子對撞機工程經理、國家高技術863北京自由電子雷射課題負責人等職。除1955年在美國領導建成的一台45Mev電子直線加速器外,在國內先後領導建成3.5Mev電子廻鏇加速器,30Mev電子直線加速器,大功率速調管,北京正負電子對撞機,北京自由電子雷射等等。

專題研究:關於加速管結構,加速器自適應前饋控制系統,新型電子直線加速器等等。著作有"速調管群聚理論"(與趙永翔合作),主編"北京正負電子對撞機與北京譜儀"一書。發表科學論文數十篇。

曾獲科學大會獎3項;國家科技進步獎特等獎及二等獎各1項;中國科學院科技進步獎特等獎1項;胡剛復物理獎;何梁何利科技進步獎等。

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方守賢院士 男,1932年10月出生,上海市人。1955年畢業於復旦大學物理系,1957年--1960年在蘇聯列別捷夫研究所及聯合核子研究所實習和工作,1982年--1983年在西歐中心工作。

1984年起任北京正負電子對撞機工程經理,領導BEPC建造。1991年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:加速器物理

方守賢研究員長期從事加速器理論研究及設計工作。所做的"等時性回旋加速器粒子動高能物理研究"獲1978年全國科學大會獎;"等時性回旋加速器的中不等性現象"獲1982年國家自然科學四等獎。1986年--1992年,領導北京正負電子對撞機的設計建設、調束運行,獲1990年國家科技進步特等獎。

在國內外重要學術刊物上發表論文近30餘篇。

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冼鼎昌院士 男,1935年8月出生,廣東省廣州市人。1956年畢業於北京大學物理系後到中國科學院近代物理所工作,1962年在丹麥尼玻爾研究所任博士後,1980後曾先後在美國紐約州立大學(石溪)理論物理研究所、比利時布魯塞爾自由大學、義大利國際理論物理中心及日本東京大學訪問,1991年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:同步光在晶體學中的套用

1990年領導建成我國第一個同步輻射裝置-北京同步輻射裝置,在同步輻射光源、插入件、同步輻射光學等多方面多有貢獻。1990年因這項工作成為當年國家科技進步特等獎項目-北京正負電子對撞機的特等獎獲得者之一。其後領導開闢了一些重要的同步輻射套用研究領域,如X光光聲EXAFS譜學、元素的三維分布無損成像方法等、取得首先在國內探測到X光的光聲效應、 同步輻射在地礦科學中套用等重要成果。

長期以來,在粒子的唯象分析、粒子的對稱性、層子模型非阿貝爾規範場的經典理論、格點規範場理論、自由電子雷射等相當廣泛的理論物理領域中從事研究,先後獲1978年科學大會獎、1982年國家科學技術二、三等獎、1988年國家科學技術三等獎、以及中國科學院的獎勵。在國內外學術刊物上發表論文100餘篇。

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葉銘漢院士 男,1925年4月出生,上海市人。1949年畢業於清華大學物理系。1995年當選為中國工程院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:核方法在材料科學中的套用;物質結構研究及正電子技術表征

五十年代在趙忠堯先生的領導下建成質子靜電加速器,開展核探測器研製。六十年代負責靜電加速器的運行和改進,並開展低能核物理實驗。七十年代初在靜電加速器上進行核分析方法套用研究。七十年代中開展高能物理粒子探測器研製。八十年代領導北京譜儀的研製,並參與領導北京正負電子對撞機的研製。1984年至1988年擔任高能物理所所長,建成北京譜儀和北京正負電子對撞機。

曾任中國高能物理學會理事長,核電子學與核探測技術學會理事長。 獲國家科技進步獎特等獎、中國科學院科技進步獎特等獎各一次。在國內外重要學術刊物上發表論文約100餘篇;專著一部"靜電加速器",科學出版社,1966。

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李惕碚院士 男,1939年6月出生,湖南省攸縣人。1963年畢業於清華大學工程物理系。1997年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。國家重點基礎研究發展規劃(973)基礎科學前沿項目"天體高能輻射的空間觀測與研究"首席科學家。

研究方向:宇宙線與高能天體物理

實驗觀測--主持研製大型硬x射線望遠鏡,進行對宇宙硬X射線源的氣球飛行觀測。數據分析方法--建立了準確處理稀有事例的置信分布方法;導出了估計對象--背景觀測可靠性的公式,已在國際多學科研究中廣泛套用;創立了對象重建的直接解調方法,顯著提高了結果的靈敏度和分辨能力。數據分析--在建設高能天體物理資料庫及分析系統的基礎上,由分析空間高能天文衛星數據首次獲得天鵝座X-3的高能γ射線像,發現γ射線暴的長期變化現象等。天體高能輻射模型--建立了銀河γ射線的統計模型,首次給出銀河宇宙線產生高能γ射線的定量估計,並指出2CG星表中的宇宙γ射線點源約有一半是不真實的,經過多年爭論後,這一模型的正確性被觀測證實;建立天鵝座X-3γ輻射模型,宇宙γ射線暴的電漿放電模型等。

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張宗燁院士 女,1935年1月出生,北京市人。1956年畢業於北京大學物理系。1984年以來,六次應西德Tubingen 大學理論物理研究所的邀請,赴該所進行原子核理論方面的研究。1999年當選為中國科學院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向:原子核物理理論

張宗燁研究員先後在低能原子核結構、原子核的非核子自由度、Λ超核的超對稱結構和Λ-N相互作用、π核反應的微觀描述、核內夸克代表性工作有:"核物質新形態和相對論效應"研究(獲 1978年高能物理所重要成果獎), "準門口態結構與π核反應的微觀描述"(獲1982年中國科學院科技成果三等獎),"Λ超核的超對稱結構和Λ-N相互作用"(獲中國科學院科技進步二等獎),"核力中程機制的夸克模型理論",包括:單交子交換正反夸克對產生模型,六夸克集團的影響,禁閉勢的效應以及超子與核子相互作用的夸克模型理論(獲中國科學院自然科學二等獎)。核力的夸克模型理論等方面開展工作,發表論文90餘篇。

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陳森玉院士 男 1939年12月2日出生,福建省仙遊人。1964年畢業於清華大學工程物理系。1988年晉升為高能物理研究所研究員。2001年當選為中國工程院院士,現為高能物理所研究員。

研究方向: 加速器物理與技術

1986年作為工程主持者之一,主持了"七五"國家重點工程建設項目--北京正負電子對撞機(簡稱BEPC)工程。負責BEPC儲存環的初步理論設計、製造、安裝和調試, 主持 BEPC 工程的總體調束。BEPC的主要性能在J/ψ能區已處於國際領先地位。1990年獲國家科技進步特等獎。1991年受聘在美國超導巨型對撞機實驗室工作三年,研究多束團強流不穩定性及其抑制課題。1990年獲國家級有突出貢獻中青年專家稱號。發表論文20餘篇。

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