一、中心激光裝置（CLF）

中心激光裝置（Central Laser Facility，簡稱CLF）為英國和其他歐共體國家的研究人員提供大型激光系統(tǒng)。該裝置運行高功率玻璃和鈦寶石激光設施和幾個較小規(guī)?？烧{(diào)激光器。生氣勃勃的開發(fā)計劃確保裝置在國際上具有競爭性。

Vulcan玻璃激光器

Vulcan玻璃激光器（左圖）是世界上主要高功率激光裝置之一，為英國和歐洲的研究人員提供一個獨特的與固體、氣體和等離子體發(fā)生相互作用的超高流強激光器的裝置。100TW的短脈沖與2.8kJ多束流毫微秒脈沖同步后，它為研究人員提供進行帶有新奇幾何結(jié)構(gòu)和脈沖選擇實驗的機會。

Vulcan是一個強大、多用途的釹玻璃激光系統(tǒng)，能夠以毫微秒形式發(fā)送高達2.6kJ的激光能量和在波長為1054鈉米時以亞微微秒形式發(fā)送100TW的功率。頻率轉(zhuǎn)換到第二個諧波在波長527鈉米時給出1kJ。常規(guī)情況下，脈沖的寬度在700飛秒和5毫微秒之間。利用線性調(diào)頻脈沖放大技術(shù)產(chǎn)生亞微微秒脈沖。利用這一方式，低強度脈沖及時地從幾百飛秒加寬到幾百微微秒。然后放大，再重新壓縮和聚焦到產(chǎn)生10²⁰Wcm^-2能流密度的靶上。該脈沖可與長脈沖同步，啟動復雜的相互作用和探測實驗。

最近Vulcan開展的實驗：核聚變的新穎幾何圖形；高能亞原子斯努克（snooker）；加速激光等離子體電子的記錄；世界上首次高能激光器產(chǎn)生的質(zhì)子；質(zhì)子揭示等離子體內(nèi)部運作情況；最短脈沖長度軟X射線激光器；Vulcan幫助開發(fā)大面積平屏顯示器；天文物理學模擬。

科學裝置激光器

科學裝置激光器（右圖）為科學家和工業(yè)界提供廣泛類型的激光器、以激光為基礎(chǔ)的技術(shù)和訣竅。在RAL的主要設施有：共焦點顯微術(shù)、毫微秒科學、超快光譜學以及X射線和紫外線設備。激光租賃備用設備為英國學術(shù)界的研究人員提供商用激光系統(tǒng)和診斷，使他們能夠在自己的研究單位開展激光實驗。

ASTRA激光器

ASTRA激光器（左圖）是一臺高功率超短脈沖鈦寶石激光設施, 提供800鈉米長的光的脈沖，寬度為40飛秒，能量可高達500 mJ。有兩個實驗區(qū)，聚焦的能流密度高達10¹⁹Wcm^-2, 為科學家研究高強度的激光與物質(zhì)的相互作用提供激動人心的機會。

二、ISIS–世界上亮度最高的散裂中子源

建在RAL實驗室的ISIS是世界上亮度最高的散裂中子源，ISIS提供中子和繆子束流，支持世界上大約1600名科學家開展物理、化學、材料科學、地質(zhì)學、工程和生物學的研究。

ISIS批準于1977年，1984年后期首次產(chǎn)生中子，1985年10月正式落成。從此，吸引了大量的國際投資，發(fā)展成為國際上一支凝聚態(tài)物質(zhì)研究方面的主要力量。

ISIS不是縮寫詞。該名稱是1984年由時任英國首相的瑪格麗特.撒切爾夫人為中子源開始運行而確定的。在此之前，稱為SNS。ISIS是古埃及的一位主要女神，她具有超越所有其他神的力量，并能使人起死回生，被認為是生命復活的象征。這對建在泰晤士河旁的新中子源來說十分恰當，因為它繼承了大量原英國加速器的設備。

脈沖源的特點

中子在ISIS散裂過程中產(chǎn)生。一個強大加速器產(chǎn)生的高能量質(zhì)子脈沖轟擊一個金屬靶，將中子從靶原子的原子核中驅(qū)趕出來。結(jié)果產(chǎn)生極強的中子脈沖，輸運時在中子靶中僅產(chǎn)生不太高的熱量。相比之下，傳統(tǒng)的中子反應堆源則忍受反應堆芯中產(chǎn)生極高的熱量，增加了材料技術(shù)現(xiàn)有的局限性。由于ISIS加速器的低負載周期，ISIS靶中按時間平均產(chǎn)生的熱量為160 kW，但在脈沖中，中子的亮度超過最先進的穩(wěn)定態(tài)源。

質(zhì)子加速

加速鏈從負壓665 kV 的Penning負離子源開始。引出的負離子束加速到地面，注入到直線加速器，注入的能量為665 keV。4個阿爾瓦雷茲型的直線加速器把束流加速到70 MeV，提供200微秒長的22毫安負離子脈沖。進入同步加速器后，負離子束穿過一個0.3微米厚的氧化鋁剝離膜。該剝離膜將電子從束流的負離子中移出，將它們變換為質(zhì)子。質(zhì)子束大約在同步加速器中運行130圈內(nèi)注入，使空間電荷效應減到最低，將質(zhì)子的數(shù)量累積到2.8x10¹³。  

注入結(jié)束后，兩個高頻系統(tǒng)將注入的束流俘獲在兩個束團里，并將它們在正旋波主磁場的10微秒的上升邊加速到800 MeV。有兩個雙間隙鐵氧體調(diào)諧的高頻腔，束流每轉(zhuǎn)一圈提供一個140 kV的峰值加速電壓。引出前，脈沖100毫微秒長，彼此間隔230毫微秒。質(zhì)子束流大約要在同步加速器中運轉(zhuǎn)10000圈，然后才偏轉(zhuǎn)進入質(zhì)子引出束流線。通過3個快速沖擊磁鐵，可以作到這一點。沖擊磁鐵的電流在100毫微秒的時間內(nèi)從0上升到5 kA。整個加速過程在1秒內(nèi)重復50次。

散裂

散裂靶由重金屬鉭制作而成。質(zhì)子轟擊靶材料中的原子核，觸發(fā)原子核內(nèi)的級聯(lián)過程，使單個原子核處于高激發(fā)狀態(tài)。然后，通過蒸發(fā)核子（主要是中子），原子核釋放出能量，有些會離開靶，而其他的則繼續(xù)進一步觸發(fā)反應。送到靶的每個高能質(zhì)子產(chǎn)生大約15個中子。該過程產(chǎn)生的中子一般都有很高的能量和速度，必須降下來才能用于凝聚態(tài)物質(zhì)的研究?？堪兄車囊唤M小的含氫減速劑可作到這一點。這些減速劑利用氫的大散射截面通過與氫原子核的不斷對撞使通過的中子減速下來。減速劑的溫度決定產(chǎn)生的中子的譜分布，可以為不同類型的實驗進行修改。ISIS的減速劑為環(huán)境溫度水（43°C）,液態(tài)甲烷（100 K）和液態(tài)氫（20 K）。  

ISIS脈沖源產(chǎn)生的中子特性與連續(xù)核反應堆源產(chǎn)生的中子有很大的不同。特別是多色中子束流上采用了飛行時間技術(shù)，直接決定了每個中子的能量和波長，允許采用固定散射幾何結(jié)構(gòu)。在能量和動量傳輸中，信號噪音水平好，測量涵蓋廣泛的譜，初始0.4微秒的中子脈沖銳度由小的減速劑保持，給緩沖譜一個豐富的高能成分，或使儀器獲得高分辨率。  

繆子在一個輕元素的高能質(zhì)子和原子核對撞中產(chǎn)生。ISIS還通過同步加速器的800 MeV質(zhì)子在到達中子主要產(chǎn)生區(qū)強前穿過石墨中間靶產(chǎn)生強的脈沖繆子束。一小部分質(zhì)子與碳原子的質(zhì)子或中子發(fā)生對撞，產(chǎn)生短壽命帶電荷的π介子，半壽命為26毫微秒，衰變成繆子。已在產(chǎn)生靶表面衰變的π介子產(chǎn)生自旋極化繆子束，稱為正繆子表面繆子束，與中子靶一樣，重復頻率也是50 Hz。

除了在主靶中產(chǎn)生中子外，π介子和繆子衰變產(chǎn)生大量的中微子。稱為KARMEN的實驗旨在利用脈沖結(jié)構(gòu)的性質(zhì)研究基本粒子問題。  

中子散射的研究成就

過去40年中,從對絕緣體和稀土金屬中反鐵磁的基礎(chǔ)物理研究開始，利用中子散射的研究范圍遠遠超出了人們當初對此技術(shù)的期待。

聚合物和軟物質(zhì) 

對軟固體處理進行實時中子研究為許多工業(yè)上的加工工藝從合成物到膠體做出獨一無二的貢獻。

無序材料 

中子散射改進了我們對無序晶體材料、玻璃和液體的認識–這對光學通訊、化學和生物化學工程、食品科學以及醫(yī)藥和分子生物學都至關(guān)重要。

結(jié)構(gòu)化學

對具有工業(yè)規(guī)模的樣品（例如監(jiān)視真實電池的放電）進行現(xiàn)場和快速實時測量的能力加強了我們對產(chǎn)品合成和運作的基本了解。

化學的活性度和分子運動

中子被用來研究界面化學反應的動力學和影響清潔技術(shù)和廢物管理的新催化工藝。  

生物學和生物技術(shù)

中子可研究圍繞DNA的水的結(jié)構(gòu)，重要地了解大規(guī)模的構(gòu)造。中子反射提供流體跨過薄膜的信息。  

地球和環(huán)境科學

對高溫高壓時復雜礦物的結(jié)構(gòu)研究，可了解地質(zhì)的基本過程，如火山活動和地震。

工程

中子可深入研究固體物體，像渦輪葉片、氣體管道和焊縫，獨特地微觀了解這些關(guān)鍵工程部件運行壽命的張力和應力。

凝聚態(tài)物質(zhì)物理

利用中子研究鈉米粒子、低維系統(tǒng)和磁性影響下一代計算機技術(shù)（量子裝置）和超導材料。

基本物理

脈沖中子源也是強中微子源，可對物質(zhì)的基本組成部分開展基礎(chǔ)研究。

科學計劃

ISIS作為提供中子和繆子脈沖束流的用戶裝置，開展從亞原子到宏觀分子微觀級凝聚態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動力學的研究，并且還為開展基礎(chǔ)物理研究提供強大的中微子源。

得到全面支持的專用儀器能使訪問團組在自己單獨的研究計劃中利用中子和繆子技術(shù)，這種研究計劃往往是國內(nèi)實驗室所做工作的補充。ISIS科學計劃包括基礎(chǔ)和戰(zhàn)略研究，涉及學術(shù)界和工業(yè)部門在許多主要科學學科方面的合作。ISIS上開展的實驗通過同行評議，每年完成的實驗超過600個。ISIS是個大型裝置，但為探索“小”科學提供許多機會。

DNA周圍水的結(jié)構(gòu)

氫原子構(gòu)成多數(shù)生物上活性化合物的表面，如果要知道藥物在體內(nèi)如何作用，了解它們的準確位置和行為是十分重要的。

中子特別善于尋找氫原子的位置。例如，圍繞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的水分子結(jié)構(gòu)，生命分子可以顯像出來。圖像顯示水分子是蘭色的，DNA的構(gòu)架從圖像左下部開始往上以明亮的股線形式出現(xiàn)。當通過降低樣品周圍的濕度，使水從股線周圍去掉時，利用中子可以測量DNA結(jié)構(gòu)的變化。

三、正在RAL建造的第三代同步輻射光源 DIAMOND

Diamond屬第三代同步輻射光源，是使科學家在原子和分子水平研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)如生物組織、聚合物和催化劑最先進的科學裝置。這些研究可幫助他們，譬如設計藥物和高技術(shù)材料，研究環(huán)境問題如氣候變化。  

Diamond的心臟部分是個大的環(huán)型加速器，稱為同步加速器，或更確切地說儲存環(huán)，能夠在穿透力很強的X射線到遠紅外輻射的所有波長放射出亮光。只有頭發(fā)大小能量為3 GeV的電子束由一系列強磁鐵引導沿儲存環(huán)運動。

通過光束線，所選波長的光的窄、強束流可從儲存環(huán)引出來，用于不同類型的實驗。因此，Diamond是一臺極具多種用途和價值的實驗工具。

該裝置正在RAL建造。與其他支撐的實驗室一起，它將成為巨大的整套科學裝置的一部分。第一批光束線將于2006年投入使用。

英國政府通過貿(mào)易工業(yè)部和Wellcome信托基金會（一個獨立的為研究提供經(jīng)費的慈善機構(gòu)，旨在改善人類和動物的健康–譯者）聯(lián)合建造和管理 Diamond。成立了一個稱為Diamond光源有限公司的合資公司來管理這一項目。該公司的股東，即研究理事會中心實驗室理事會和Wellcome信托基金會按股份持有的比例（前者為86%，后者為14%）以2001年9月的價格分擔2.35億英鎊的建造費用。

Diamond是世界上采用先進技術(shù)、能產(chǎn)生令人難以置信的主要是X射線和紫外線光強束的幾個第三代同步輻射光源之一。這些光源包括法國的歐洲同步輻射光源、美國的先進光子源和日本的SPRING-8。它是英國第一臺第三代同步輻射光源，能夠?qū)δ切┰O施予以補充，為英國和國際科學小組提供無價的最先進的研究工具。該裝置還是在25年建在Daresbury實驗室現(xiàn)仍在運行的同步輻射源（SRC）的補充。

四、空間科學與技術(shù)

運行衛(wèi)星控制中心

RAL實驗室運行自己的衛(wèi)星控制中心已經(jīng)多年，先是為英國衛(wèi)星Ariel V和VI,然后作為IRAS的主要衛(wèi)星站。后來RAL為構(gòu)成多國AMPTE任務一部分的UK-S子星起到了類似的作用。

1980年，RAL從美國宇航局（NASA）獲得一個直徑為12米完全可以改變位置的S型天線，還獲得一套完整的JPL IIIc組合式的S型遙測裝置和指令系統(tǒng)，該系統(tǒng)曾在馬德里跟蹤站執(zhí)行跟蹤阿波羅任務?，F(xiàn)在的任務是支持美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）用于監(jiān)測實時太陽風的衛(wèi)星ACE。該衛(wèi)星測量太陽風的成分，磁場和來自其他地方的粒子。包括RAL在內(nèi)的世界上各地的監(jiān)測站晝夜搜集來自ACE的數(shù)據(jù)，為NOAA提供預報可能破壞在軌道運行的衛(wèi)星、地球的功率分布和通訊系統(tǒng)所需要的信息。

提供模擬宇宙條件的測試設備

RAL除提供模擬宇宙條件的測試設備外，還協(xié)助客戶確定和了解測試技術(shù)要求；幫助設計和加工測試固定設備；使RAL的設備滿足客戶的要求；提供費用和進度信息；確?？煽糠?，保證工程進度；進行現(xiàn)場測試評估。

Starlink–利用計算機處理和分析天文學數(shù)據(jù)

Starlink的主要宗旨是：

l 提供和協(xié)調(diào)英國天文學界、太陽地球物理和太陽科學家在研究中使用的先進的相互作用數(shù)據(jù) 壓縮和分析工具；有Starlink自己的軟件，在加上諸如IRAF，AIPS和IDL這樣的軟件包，成為世界上的最佳工具。

l 確保這些工具與e科學中像AstroGrid這樣一些新的主要的動議和ESO這樣的主要觀測設施。

l 鼓勵軟件共享和標準化，防止不必要的重復勞動。

l 為系統(tǒng)運行提供咨詢，提供硬件采購和維護服務，辦理商業(yè)軟件許可證交易。

五、中心微型結(jié)構(gòu)裝置

RAL的中心微型結(jié)構(gòu)裝置以電子束光刻為基礎(chǔ)，為大學和工業(yè)界提供最先進的微加工服務和研發(fā)設備，利用先進的技術(shù)研制和加工樣機。中心微型結(jié)構(gòu)裝置為學術(shù)界和工業(yè)界以及工業(yè)部門之間的合作提供良好的技術(shù)轉(zhuǎn)讓機會。

六、Chilbolton觀測站

Chilbolton觀測站是Chilbolton大氣和無線電研究設施（CFARR）所在地。CFARR為英國和歐洲科學界提供先進的雷達和其他支持高質(zhì)量無線電、大氣科學和雷達研究的陸基遙感設施。通過提供標定和核實的數(shù)據(jù)產(chǎn)品改進天氣預報，了解氣候變化以及大氣對通信系統(tǒng)的影響，理事會各界和其他客戶的需要。

CAMRa（Chilbolton先進氣象雷達）為3 GHz多普勒極化雷達，是CFARR的主要設施，是世界上最大的可完全轉(zhuǎn)變位置的氣象雷達。其他的雷達、激光雷達和氣象儀器為研究云、冰和雨提供一個強大的系統(tǒng)。

七、能源研究機構(gòu)

能源研究機構(gòu)在風能研究方面國際上享有一定的聲譽，研究的題目包括空氣動力學、強電電子學、飛輪和電池能量儲存、控制系統(tǒng)、材料測試、預報、風流速模擬、已建環(huán)境中的風能，以及計算機模擬。

最近，能源研究機構(gòu)將其研究擴大到其他再生能源，如光電能和一般與能量有關(guān)的包括氣候變化對能量使用、可持續(xù)性和能量效率的題目。它還管理一個測試場，那里有2個主要的實驗風渦輪、2臺柴油發(fā)動機、2個風輪、電池儲存、1塊光電板和3個氣象塔。

能源研究機構(gòu)代表工程與物理科學研究理事會（EPSRC）管理備用工程儀器。備用的儀器由持有準許證和大學生身份使用的便攜式的研究儀器組成。持有EPSRC準許證以及生物技術(shù)和生物科學研究理事會給予經(jīng)費支持的用戶，可以免費使用1-3 個月。英國學術(shù)界的其他成員需要使用時，要支付適當?shù)淖饨栀M。這些儀器要運輸和展示，但用戶在租賃這些儀器期間，不承擔將其用于自己的工作和運行的責任。用戶還必須提供適當保險，防止儀器在自己手中時發(fā)生意外損壞和被竊。要了解這些儀器的詳細情況，請讀TECHNICAL GUIDE。

八、無線電通信研究機構(gòu)

無線電通信研究機構(gòu)（RCRU）從事無線電波傳播、無線電通信和天文學方面廣泛題目的研究。大部分無線電波傳播方面的研究由無線電通信局提經(jīng)費支持。越來越多的工作由其他機構(gòu)提供經(jīng)費，像NERC、EPSRC等。

RCRU多數(shù)研究工作由在Chilbolton的小組承擔。設備包括安裝在可完全改變位置的25米天線上的多頻率和多參數(shù)雷達系統(tǒng)、實驗毫米波系統(tǒng)，天文傳感器和一臺紫外垂直探測激光雷達。距Chilbolton 8公里處，有一臺多頻率衛(wèi)星接收系統(tǒng)。

在RAL實驗室的RCRU承擔多數(shù)的分析和模擬工作。研究幫助改進無線電波傳播樣機，創(chuàng)建新穎的通信概念。這些對規(guī)劃無線電通訊和管理無線電波譜非常重要。  

九、分子譜裝置

分子光譜裝置為涉及紅外、可見和紫外線光譜研究的科研人員提供世界水平的科學設備和支持。這個復雜的裝置被許多國際學術(shù)界和工業(yè)部門的研究小組用于從事廣泛的科學研究與開發(fā)項目。在RAL受到國際尊敬的空間科學與技術(shù)部的稱職人員提供必要水平的科技支持、培訓和設備開發(fā)，以滿足所有客戶的需要。

分子譜裝置的譜儀心臟部分由2個高清晰度的傅立葉分離變化譜儀和3個高靈敏度多通道譜儀組成。這些譜儀提供對光吸收、發(fā)射和散射寬帶測量，涉及從紅外線10cm^-1到深紫外線55000 cm^-1。分子譜裝置激光安全區(qū)可使用激光設備進行譜或光的調(diào)整。

傅立葉分離變化譜儀

 Bruker IFS 120HR傅立葉分離變化譜儀的最大光徑差為6米，光譜的清晰度為0.0015 cm^–1，紅外線區(qū)的析像力大于100萬。該儀器特別適于研究氣體和蒸汽的詳細譜?？蓪暮撩氲轿⒚?10^-3-10^-6秒)的時間范圍進行時間析像測量。Bruker IFS 66v/S傅立葉分離變化譜儀更適合固體、液體和氣溶膠樣品的譜，0.12厘米的最高清晰度通常就足夠了。該儀器輕便，適于進行野外測量。這兩種傅立葉分離變化譜儀由完全聯(lián)網(wǎng)的個人計算機控制，可在真空下清洗或運行。升級方案包括步進掃描、FT-Raman、FT-顯微術(shù)、FT-NIR、毫微秒時間解析、光聲和反射譜。

多通道譜儀

分子譜儀裝置的3個高靈敏度光纖小型譜儀可以測量接近紅外到紫外波長（200-1100毫微秒，時間分辨率到3毫秒）的低強度信號。2個CCD譜儀涵蓋這一波長范圍，分辨率為0.6毫微秒，第三臺二極管陣列譜儀運行在350-850毫微秒之間，分辨率為1.2毫微秒。

樣品單元

分子譜儀裝置在光學上與許多溫度可變譜單元連接。這些單元通過樣品提供5個數(shù)量級的光道長度，從1毫米到1公里。這些單元由不銹鋼或玻璃建成，可用來對腐蝕性或活性樣品進行研究。為在有興趣的波長獲得最佳性能，單元的光學部件隨時可以變換。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動獲取，所有單元都可與適度的溫度、壓力和濕度傳感器組合在一起，有各種樣品處理和合成的系統(tǒng)。

長通道-長度吸收單元

RAL的長通道-長度吸收系統(tǒng)是個9米長的不銹鋼器皿，在長光學通道-長度32米到1公里多處，裝有寬帶高清晰度譜學多路反射光學設備。自動記錄在計算機上的單元溫度，可控制在190和320K之間任何一點上，冷卻也可控制到77K。一個先進的高真空系統(tǒng)能夠確保所有外部光學通道都可抽空。

短通道-長度吸收單元

短通道-長度吸收單元在中等通道-長度1.6-20米處裝有寬帶高清晰度譜的多通道反射光學設備。單元的溫度可定在190和373K之間任何一點，不銹鋼器皿內(nèi)的氣壓可高達500 kPa。

氣溶膠單元

有一個容積為75立方分米的單元用來在實驗室里生成和研究廣泛氣溶膠系統(tǒng)的化學、物理和光學性能。氣溶膠粒子的溫度在180到350K之間，允許對不同狀態(tài)（非結(jié)晶和結(jié)晶的固體和液體）和氣體狀態(tài)的組成部分進行研究。

其他設備

l單通道譜學單元，光通道-長度1毫米到26厘米，有一個對撞-冷卻單元，用來研究低溫超冷卻氣體和蒸汽。

l寬帶光源和外殼，包括水銀放電（遠紅外/紫外）、碳硅棒（紅外）、鎢（靠近紅外/可見光）、發(fā)光二極管（靠近紅外到靠近紫外）、氙?。ㄗ贤猓┖碗ㄉ钭贤猓?。

l 可調(diào)二極管激光譜儀。

l氦-氖和二極管激光準直設備、激光工作臺和光學組件/架。

lBaratron測量計（10托-5巴）和濕度傳感器。

l 大流量和自動閥控制器。

l電子測試/診斷設備，即數(shù)字示波管和各種電源。

l 蒸汽罩、旋轉(zhuǎn)、衍射和渦輪真空泵系統(tǒng)和真空測試設備。

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