科研方向
科研方向
 

合肥大科学中心瞄准战略能源、新材料、物质科学与生命科学交叉等领域的国家重大需求和学科前沿,围绕大科学装置集群,组织高水平研究团队,重点开展核聚变与等离子体科学、量子功能材料、物质科学与生命科学交叉等方向的基础性、前瞻性和系统性的科学研究,促进重大科技成果产出。

一、核聚变与等离子体科学

能源是中国可持续发展最重要的基础。核聚变能源在确保人类未来能源安全方面具有光明的前景,资源丰富且无污染,被认为是最有希望彻底解决能源问题的根本出路之一。开发核聚变能源,对于我国的可持续发展有着重要的战略和经济意义。

目前来看,最有希望实现核聚变可控利用的是磁约束核聚变,而磁约束研究发展现在已进入了ITER时代。经过了数十年的发展和全世界聚变研究者的不懈努力,应用于聚变反应堆中符合稳态运行条件的候选模式研究方面已经取得了长足的发展。然而,受限于脉冲长度,这些运行模式能否维持在更长的时间尺度,使得聚变反应堆实现完全或者准稳态运行,仍需要更多的实验和理论研究。虽然长脉冲等离子体运行模式已经在多个聚变装置中获得了验证,但是要实现在高注入功率的条件下维持具有高能量约束的长脉冲运行模式,仍然存在一些迫切需要解决的关键科学和技术问题。

EAST致力于实现高性能的稳态运行和相关聚变科学技术的发展,通过稳态物理和等离子体与壁相互作用等科学和技术的集成,有望在国际上第一个演示在粒子平衡时间尺度上的高性能稳态等离子体运行,从而在稳态先进运行模式方面引领科学技术的发展,并在其它相关研究方向形成具有国际竞争力的能力。以EAST稳态物理和技术研究为基础,结合ITER相关高增益、燃烧等离子体物理以及工程技术研究,推动中国聚变工程实验堆(CFETR)的立项。核聚变与等离子体科学综合研究水平和能力达到国际前列,使合肥大科学中心成为中国磁约束聚变能发展体系中的知识源头、国际磁约束聚变研究领域最重要的基地之一。

二、量子功能材料

量子功能材料是信息、能源、生命等国家重大需求领域的基石,具有极其重要的战略意义。对量子功能材料中的自旋、轨道及各种元激发的研究也引领着物理学科的发展,探索在各种特殊条件下量子功能材料的制备、表征和应用一直是材料科学和凝聚态物理研究的热点和前沿。未来的聚变实验堆对超导材料的性能提出了更高的要求,新型超导材料的研发是必须解决的重大科学问题之一。

合肥地区已有的大科学装置集群在量子功能材料研究方面有独特的优势。一方面,在三大科学装置上联用的各类中低能区谱学测量能揭示跨尺度和多维度的量子态关键信息;另一方面,同步辐射、稳态强磁场、和托卡马克提供极端条件实现量子态的高效探测、调控和利用。在未来几年内要在以下几个方面进行有重点的研究:量子信息材料;量子能源材料;面向生命科学的量子功能材料;极端条件下的材料物性;量子功能材料设计与表征。

三、物质科学与生命科学交叉

生命科学的蓬勃发展,是和物质科学的飞速发展密切相关的。开展物质科学与生命科学交叉研究将一方面以前沿生命科学问题引领物质科学的进一步发展,同时物质科学的新技术、新方法将促进生命科学领域取得重大突破。

合肥地区科技资源优势明显,稳态强磁场实验装置和同步辐射光源能为生命科学与物质科学的交叉科学研究提供新的条件,为获得新发现、新突破提供机遇。强磁场和同步辐射装置的多种测试手段使得在分子、细胞、组织、生物体等多个层次开展多尺度、全时空的生命科学与物质科学交叉研究成为可能,这不仅有助于揭示正常生命活动的分子机理,同时也能更好地了解相关疾病的发病机理,从而为重大疾病的生物机理、病理、药理和细胞衰老的机理研究等方面取得重大创新成果奠定基础。