評論(0

超導超級對撞機

標籤: 暫無標籤

超導超級對撞機,是要模擬宇宙大爆炸時的某些條件,找出物質以接近光速時碰撞產生的粒子。

 

1 超導超級對撞機 -對撞機歷史

超導超級對撞機點擊查看大圖
超導超級對撞機(Superconducting Super Collider,簡稱SSC)

1992年一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機特大型設備,於美國得克薩斯州建成並投入使用,耗資超過82億美元。

1993年國會決定中止建造超導超級對撞機是一個信號,高能物理有充裕的經費的時代已經結束了。超導超級對撞機是要在美國德克薩斯州建造的一個基本粒子加速器,它的直徑將達54哩。

1987年6月,在第二個任期內的里根總統宣布美國將開發用於探究基本粒子的超級超導對撞機。

超級超導對撞機實驗室:歷史上最大的科學研究,把質子推進到光速,但由於花費太大,被美國國會在1993年中止研究.

超導超級對撞機原子核(上半圖:含中子,Π介子,質子,夸克)-內部結構模型圖
理論物理學家已經從標準模型理論上闡述了自然界存在四種力:引力、弱力、
電子力和強力(核力),弱力和強力的載體是原子核層次到夸克層次的微粒子。
實驗物理學家需要通過加速器實驗來驗證和擴展這些理論。帶電粒子加速器是高
能物理研究的重要實驗工具。加速器的發展經歷著從同步加速器到環形加速器再
到對撞機的三次革命,其質心能量從MeV級到GeV級再朝向TeV發展。
  美國政府從二戰結束就開始支持高能物理的研究,並在美國建立了多家加速
器實驗室。在1978年到1979年召開的一系列未來國際加速器發展的會議上,科學
家開始討論質能達到20TeV的質子對撞機,1982年美國科學家最初提出了超導超
級對撞機的設想,1983年秋天美國能源部批准了正式的研究,同年12月開始研究
20TeV的對撞機的技術與經濟可行性;經過大約150位加速器物理學家和工程師的
努力,1984年4月,形成了基於不同類型的超導磁體的三種不同的技術可行性方
案,並給出了三種方案的經費預算。1984年秋天,形成了以勞倫斯伯克利實驗室
為主體的中心設計組,由Maury Tigner 教授領導,由大學研究聯合會管理。 與
此同時,五種不同的磁體的選型設計也交給了加速器領域的其他五家國家實驗室
(如布魯克文國家實驗室、費米國家加速器實驗室等)。1985年,磁體選型確定。
1986年,約250位科學家與工程師參與的中心設計組完成了核心設計報告。1987
年1月,經總統同意,SCC工程正式實施,選址工作開始。1988年,從43個地址申
請中,由國家科學院組織專家篩選出7個地址,交給能源部裁決。1988年10月,
國會預算管理辦公室對SSC進行了研究,發表了「建造SSC的潛在風險與利益」的
評估報告,對比其他幾項加速器項目后,該報告給出了SSC風險最低的結論。
1988年11月,得克薩斯州埃里斯縣被確定為最合適的地址。1989年1月,SSC實驗
室建立,由Roy Schwitter 教授指導和大學研究聯合會管理。在實驗室負責人的
指導下,一系列國際諮詢單位也產生了,包括科技政策委員會、項目諮詢委員會
和設備諮詢委員會。實驗室早期的任務之一是針對地址的方案設計,於1990年7
月完成。環境影響報告也相繼完成。1991年第一批主體工程在15號工地(磁體研
發與測試實驗室)動工興建。圍繞主要設備的設計和施工同步推進。整個工程分
為四段,第一段環形加速器—低能助推器為600米,第二段中能助推器為10.8公
里,前兩段都使用電阻磁鐵產生磁場;第三段高能助推器為10.8公里,最後一段
是87.1公里的對撞環,后兩段使用超導磁鐵產生磁場。1993年1月,隧道開始施
工。到1993年秋天,挖掘了大約23公里的隧道。
  與實驗室同步進行的是實驗項目的申報與審核工作。國際上的科學家共提出
了21個各種主題的研究項目。初始的實驗項目包括兩個大的、用於綜合目的的探
測器和幾個小的、用於特定目的的實驗。1992年4月和1993年4月,兩個大型實驗
的任務得到了批准,這些涉及到了來自世界各地的200個研究機構和2000個科學
家。一系列的教育項目也延伸到了研究型大學、一般學院和高中的教師和學生。
  2)SCC取得的成績。
  美國高能物理學家們認為經過幾年的努力,SCC已經取得了一系列成績。
  在科學政策方面,SSC得到了里根、布希和柯林頓三屆總統的支持。1992年,
戈爾副總統會見7位諾貝爾獎得主時表示,一定全力支持SSC。能源部也已申稱把
SSC作為科研項目的首選。
  已經簽署的45000份合同惠及了48個州,其中大部分合同是與德克薩斯州之
外的其他州簽署的。能源部估計,SSC至少創造了7000份工作,其中與國防相關
的企業得到了比四分之一更多的好處,有利於軍民結合。
  23000多個學生和教師通過SSC的教育計劃得到了數學和科學技巧的培訓,其
中一半以上是女性。SSC是大項目和小項目的混合體。100多所大學的研究機構參
與了試驗,其中很多是只有幾個科學家的小組。
  SSC是一項投資未來的項目。如果推遲10到20年,美國科學家只能放棄前沿
科學,一代學生將被失去,屆時再也沒有合適的物理學家人選了,50年建立起來
的高能物理研究基礎將崩潰。繼續開展SSC,有利於維持美國在物理研究的領導
地位。
  SSC的技術溢出效應十分明顯。例如,加速器和檢測器技術廣泛用於醫療、
診斷,用於癌症治療,超導磁體的研究有利於超導電纜的開發,等等。
  1992年,所佔經費只是全年聯邦政府R&D投入經費的0.6%。整個項目預算為
83億美元,其中已經投資大約20億。項目進展完成了20%。對撞機隧道的70%的合
同已經簽訂完成,所有合同都低於預算,所有的關鍵性工程已經完成或者列入了
議程,特別是關鍵性的磁體測試已經完成。而且,美國已經和一些國家(例如中
國、印度)簽訂了合作協議,能夠得到一些合作資金。

2 超導超級對撞機 -停建原因

  2 SSC停建的過程、原因和善後處理
  對大科學工程研究的評價明顯不同於基礎研究項目的同行評議,那些被科學
家和工程師強調的好處和成就並沒有得到美國國會的多數議員的認同,SSC也因
為國會的強烈干預而提前下馬。
  1)停建過程。
  導致SSC關閉的直接原因是1993年年初審計總署(GAO)做出的對項目不利的
報告。經過對整個承包合同的分析,該報告認為,整個項目費用超支,進展滯后。
例如,付給建築師、工程師的服務費和基礎建設費在預算12.5億美元的基礎上會
超出6300萬美元,完成項目的總費用增加和工期則難以估計。能源部實行的控制
建築費用的建築—成本策略會導致建築商取消、減少、延遲某些結構工程,從而
削減SSC的實驗能力,危害實驗研究。能源部只能從外國獲得4億美元的資助,使
17億美元的超支仍有14億美元的缺口。該報告的結論是,要完成該項目,國會將
面臨著增加聯邦資助的巨大壓力。
  實際上,從一開始,SSC就遭遇到了不少非議,因為這樣的大科學工程研究
項目擠佔了其他項目的經費。1988國會預算辦公室(CBO)在報告《建造SSC的潛
在風險與利益》中指出, 5年之內,SSC可能會佔掉全部聯邦資助基礎研究的6%
~7%、占物理科學的13%。除非國會提供其他相關領域經費實質性的增長,SSC就
會擠掉其他基礎科學研究。一些著名科學家也加入到了反對的行列。例如固體物
理學家、1977年諾貝爾學獎獲得者安德森(Philip Anderson)公開指責能源部
官員向國會撒了謊,而SSC的科學家則對失實之處保持了沉默;剛從自然科學基
金委主任退下來的科學家布洛赫(Erich Bloch)在1991的一次國會聽證會上表
示,SSC的經費增長120%,其他領域的研究卻是在乞討,這一點也不公平。
  按照美國法律,國會掌握著政府的撥款,國會議員通過提出議案來建議增加
或者削減政府的某部分財政撥款的預算。關於政府撥款的議案是一種聯合決議案,
即該議案需要經過國會兩院通過並由總統簽署后才具有法律效力。
  在SSC的停建過程中,參議員邦佩斯(Dale Bumpers)起了決定性作用。多
年來,邦佩斯一直提倡政府財政平衡預算,竭力反對政府浪費。邦佩斯的主要反
對者是參議員約翰遜(J.Bennet Johntson),他主要強調SSC的科學意義和對美
國的重要性。1992年6月眾議院以232票對181票的結果通過了邦佩斯的「終止SSC
以減少赤字預算」的提案,但是參議院否決了這個提案。1993年的6月,眾議院
再次投票贊成SSC下馬,參議院則繼續挽救這個項目,7月3日參議院以57對42票
決定繼續支持該項目。但是這一次,眾議院堅持己見,SSC下馬與否被推遲到10
月做出最後的裁決。10月19日,停建SSC的一個修正提案以280對141由眾議院通
過,10月21日眾議院和參議院達成一致意見,10月26日眾議院以332對81通過了
最後的修正提案。該提案經過參議院程序性的步驟后,由柯林頓總統簽署實施。
  至此,儘管已經投資了20多億美元,SSC真正壽終正寢了。
  2)停建原因。
  SSC停建的原因可以歸納以下幾點。
  費用攀升:項目建設費用開始預算為40億美元,但1989年就有人指責其投資
已經超額了30%,預計今後會持續增加。1990年能源部的一個獨立成本評估小組
得出的結論是全部SSC預算費用會高達93億美元。
  預算赤字:國會裁減政府費用的壓力空前巨大,使得一些大項目如高級固體
火箭發動機和SSC成為消除預算赤字的犧牲品。
  外國參與:雖然有外國科學家參加項目,在財政上卻缺乏來自外國政府的明
顯支持。尤其是在項目前期,美國政府沒有出於壟斷科學前沿並與歐洲核研究中
心競爭的需要,沒有和有前景的國家合作。更為重要的是,國會雖然批評美國沒
有得到外來資金,實際上美國只想要其他國家的投資,卻不想和別的國家分享可
能的技術利益和工作機會。
  管理缺陷:能源部和SSC辦公室缺乏一套完整的跟蹤項目費用的審計系統。
儘管項目採取了合同管理的模式,但是被認為是最糟糕的合同管理。大學研究聯
合會是SSC的總承包商。這個由科學家組成的機構精於科研管理卻不善建築工程
管理,而且自視清高,對政府監督有抵觸,不配合來自能源部和國家審計局的調
查。
  缺乏共識:國會議員中很少有幾個人能夠描述SSC和它的作用,科學家沒有
就它的好處向公眾講清楚。事實上,SSC的科學前景也很難預料,更難向公眾描
述。因此,對很多公眾來說,儘管他們認為是SSC是好的項目,但是納稅人卻負
擔不起。
  經濟利益:該項目的預期的經濟效益並不明顯,SSC的科學家們誇大了所謂
的技術溢出效應。SSC是投資僅遜於航天空間站的大科學工程,但其可能產生的
經濟預期卻遠遜色於航天空間站。因此,儘管航天空間站項目的超支也很嚴重,
還是得以繼續進行。
  政治策略:德克薩斯州是布希總統的老家,因此總統竭力支持SSC的建設。
在選址之前,很多議員和州政府都對SSC表示了極大的興趣,認為該項目對美國
科技發展和各州的發展至關重要。選址確定為德州之後,這種膨脹起來的熱情一
下子就煙消雲散了。柯林頓上台後,項目的反對者對柯林頓的經濟政策進行了批
評,柯林頓立場不再堅定。
  新議員反對:113個新議員中,81個投了反對票。他們是裁減政府支出的支
持者,對SSC項目更是知之甚少,對SSC一開始就抱有偏見。
  3)善後處理。
  當SSC的停建不可逆轉的時候,國會對SSC的善後處理進行了討論。在10月21
日的國會會議上,確定了善後處理的方法。
  首先,國會同意繼續撥付6400萬美元用於完成工程的停建期間的善後工作。
這筆費用用於支付那些與總承包商和特定承包商正式簽約人員的90天的工資和用
於合同毀約的賠付等。提案生效90天後,凍結所有開支,未使用完的資金全部返
回國庫。
  其次,要求能源部牽頭,和大學研究聯合會一起,在1994年7月1日前向總統
提交一份詳細的報告,內容主要涉及3個方面:如何最大限度減少聯邦政府、州
政府和個人的損失;如何有效利用SSC的設備;下一步美國應該如何參與高能物
理研究。
  最後,SSC項目交由州政府的國有土地管理局處理。該局對部分設備和土地
進行了拍賣。例如,線性加速器設備賣了40萬美元、中心實驗室設備賣了1千萬
美元。
  SSC 下馬之後,美國加大了對現有的高能物理實驗室如費米國家實驗室的投
資,也加強了與歐洲核研究中心的合作,以確保美國科學在高能物理研究中的領
先地位。

上一篇[興罷]    下一篇 [手控]

相關評論

同義詞:暫無同義詞