密歇根州立大学 (MSU) 耗资 7.3 亿美元的稀有同位素束设施 (FRIB) 计划于 2022 年初上线，这在各个方面都将改变美国和国际核物理学界的游戏规则。随着第一轮实验提案的同行评审和批准现已完成，来自 25 个国家的首批科学家正在为利用 FRIB 的独特功能做最后的准备。他们的目标是：开辟稀有和不稳定同位素基础研究的新领域，并为现实世界的应用确定有前景的候选同位素。
FRIB 科学计划的机舱是一个全新的 400 kW 超导射频 (SRF) 直线加速器。简而言之：世界上最强大的重离子驱动加速器，向较重的原子核(例如碳或铍)的目标发射稳定同位素束。在飞行粒子的混乱中，两个原子核偶尔会碰撞，融合形成一种稀有且不稳定的同位素——这一过程最终将高强度的稀有同位素束输送到 FRIB 的实验终端站和一套科学仪器。
由美国能源部科学办公室 (DOE-SC) 资助，并得到 MSU 成本分摊和捐款的支持，FRIB 将作为传统的大科学用户设施运营，通过对提案和访问的优点审查授予光束时间向所有感兴趣的研究人员开放。在这里，FRIB 的科学主管 Bradley Sherrill 向CERN Courier讲述了该实验室如何为“上线”做准备，以及与国际用户社区、行业和其他稀有同位素设施进行广泛合作的重要性。
FRIB 科学任务的总体目标是什么?
FRIB 科学计划有四个主要部分。首先，用户实验将产生大量数据，以促进我们对原子核的理解——它是如何组合在一起的，以及我们如何开发理论核模型及其近似值。与此同时，该研究计划将对宇宙中化学元素的起源产生独特的见解，提供参与极端天体物理过程(如超新星和中子星合并)的大多数稀有同位素的途径。与此同时，其他科学家将使用 FRIB 生产的同位素来设计超越标准模型的实验，寻找隐藏相互作用和微小破坏的对称性的微妙迹象。最后，FRIB 将产生研究数量的稀有同位素，用于研发
FRIB 最大的区别是什么?
400 kW SRF 直线加速器是 FRIB 对研究界价值主张的核心，它开辟了对稀有同位素范围比迄今为止更广泛的途径——事实上，大约 80% 的同位素预测存在。但值得注意的是，FRIB 并不是孤立存在的。它是全球研究生态系统的一部分，与其他稀有同位素设施的合作网络正在进行中——其中包括日本的 RIKEN RI Beam Factory、韩国的 RAON、CERN 的 ISOLDE、德国的 FAIR、法国的 GANIL 和 TRIUMF 的 ISAC加拿大。总的来说，FRIB 和这个全球实验室网络有能力在未来几十年在核科学领域提供前所未有的和互补的进步。
期望 FRIB 的研究计划带来更广泛的商业机会是否现实?
FRIB 很有可能产生衍生技术和商业应用。FRIB 的一个改变游戏规则的是光束线可以高效生产稀有同位素的数量——这种生产方案使我们能够相对快速地以高纯度生产大量同位素。反过来，这种能力将使工业中潜在的早期采用者能够快速跟踪对新应用的评估，并在适当的情况下找出如何大规模生产感兴趣的同位素(参见“FRIB 的大丰收将推动应用科学和创新”)。
FRIB 如何与学术界、工业界和政府机构的科学用户社区互动?
FRIB 与其未来的用户——无论是在美国还是在国际上——都享有密切的联系，并在计划活动时定期与他们会面，以确定和协调研究机会。今年早些时候，为了响应我们的第一次提案征集，我们收到了来自 30 个国家/地区的 130 家机构的 82 个项目提交和 6 份意向书。这些科学提案随后由我召集的国际核科学专家小组 FRIB 计划咨询委员会 (PAC) 进行了同行评审，以产生一组初始实验，一旦 FRIB 于 2022 年初开始用户运营，这些实验将开始。
这些 PAC 推荐的实验与四个 FRIB 优先领域的国家科学优先事项保持一致：稀有同位素的特性;核天体物理学;基本相互作用;和社会应用。标题数字看到 34 项(请求的 82 项中)获得批准，预计设施使用时间为 4122 小时。最初的实验计划中有 88 个机构、24 个美国州和 25 个国家。
FRIB 的丰收将推动应用科学和创新
随着 FRIB 履行其提供稀有同位素束来满足广泛的国际用户计划的基本科学使命，将形成过量的有用放射性同位素。然而，为了使 FRIB 光束达到高纯度，这些“过剩”同位素中的绝大多数最终将被丢弃在充满水的光束倾倒场中——搁浅的资产被闲置，并且在很大程度上仍未被探索。
考虑到这一点，DOE-SC 核物理办公室通过 DOE 同位素计划，在未来四年内向 FRIB 科学家提供了 1300 万美元的资金，用于建立 FRIB 的同位素收集能力。希望在不影响 FRIB 的主要用户的情况下，系统地回收多余的同位素可以开辟新的应用研究领域——从生物化学到核医学，从辐射热发生器到核武器库存管理。
“这笔赠款是为了扩大 FRIB 的科学影响，”FRIB 收获项目的首席研究员 Greg Severin 说。“虽然 FRIB 的物理学家正在取得突破性的基础发现，但我们的团队将支持应用科学领域的激动人心的机会。”
2018 年，DOE-SC 授予 Severin 和他的同事一笔初始赠款，以证明同位素收集是可行的。他们的概念验证涉及在 FRIB 的前身——密歇根州立大学的国家超导回旋加速器实验室中建造一个小型同位素收集器。
现在，随着后续资金的获得，Severin 的团队正在扩大规模，正在 FRIB 建造一个专门的同位素收集库，并计划于 2024 年完工。
另见“FRIB 的同位素收获：科学发现的额外机会”(J. Phys. G：Nucl. Part. Phys. 2019 46 100501)。
FRIB 的早期职业科学家和工程师有哪些机会?
发展人才管道是 FRIB 组织 DNA 的一部分。有一个结构化的教育框架，可以将 FRIB 高级工作人员的专业知识和经验传授给下一代核科学领域的研究人员、工程师和技术人员。MSU 的加速器科学与工程培训 (ASET) 计划就是一个很好的例子。ASET 利用 FRIB 和 MSU 同事的多学科专业知识来支持四个关键领域的专业化：大型加速器的物理和工程;SRF技术;射频功率工程;和大型低温系统。
有“ FRIB的SA高的可能性高产新分拆技术，以及商业应用许多 MSU ASET 学生通过参加美国粒子加速器学校来补充他们的课程，这是一个国家计划，提供粒子束科学和相关加速器技术方面的研究生水平培训和劳动力发展。在更专业的层面上，还有 MSU Cryogenic Initiative，这是该大学工程学院和 FRIB 的低温团队之间独特的教育合作。同时，我们继续优先发展更多样化的劳动力，与传统上为代表性不足的群体提供服务的几家学术机构合作，以扩大对 FRIB 计划的参与。
FRIB 以何种方式确保设施管理的最佳实践方法?
可持续性和持续改进是所有 FRIB 工作实践的基础。我们是 ISO14001 注册组织，这意味着我们根据指定有效环境管理要求的国际标准来衡量自己。例如，这反映在我们使用高能效超导技术，以及我们通过 FRIB 低温工厂内详尽的捕获、回收和再利用计划最大限度地减少氦气浪费的努力。
我们还有一个通过 ISO 9001 注册的质量管理体系，指导我们如何满足科学的用户需求;一个通过 ISO 45001 注册的职业健康和安全管理体系，以确保我们的工人安全;和 ISO 27001 注册的信息安全管理系统。
FRIB 与行业的关系有多重要?
我们与行业的战略合作伙伴关系在提高组织效率方面也很重要。尽可能使用标准行业组件可减少维护和培训要求，最大限度地减少对昂贵产品库存的需求，并降低我们的运营成本。我们与制造商在共同开发、快速跟踪创新和知识转移的基础上与制造商合作，以便他们能够为 FRIB 大规模生产核心使能技术——无论是加速器腔、超导磁体，还是真空和低温子系统。
