大湾区再添大国重器:“超级显微镜”

位于广东省惠州市的强流重离子加速器装置。

强流重离子加速器装置增强器。

7月21日，位于广东省惠州市的国家重大科技基础设施建设项目——强流重离子加速器装置(HIAF)通过了由中国科学院组织的工艺验收。这标志着该装置达到所有工程建设目标，进入试运行阶段，开始投入科学研究。

据了解，重离子加速器不仅是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具，也是研发关乎经济社会发展和国家安全先进核技术的平台。

　　国际领先的研究平台　　

稔平半岛在粤港澳大湾区东南角，岛上紧邻太平岭核电厂的地方，原是一片不起眼的山头，国家却在此布局了两大科学装置——一个是探索微观世界的“超级显微镜”，另一个是用于处理核废料的“高效处理器”。如今先落成的是“超级显微镜”。

HIAF是《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012－2030年)》确定的建设重点内容之一，由中国科学院近代物理研究所负责建设，项目主管部门为中国科学院。它是世界上第一台超导直线加速器、同步加速器和储存环组合的先进重离子研究装置，结合了直线加速器的高脉冲流强优势和环形同步加速器的高能量特点。项目建设内容包括加速器系统、实验终端系统及其土建公用配套设施。该项目选址惠州市惠东县稔平半岛，于2018年12月正式开工。

按照有关规划，HIAF聚焦“探索原子核存在极限、揭示核天体物理过程、推动核能开发和多学科应用”三大目标，将为核科学前沿和重离子重大应用提供国际领先的研究平台，显著提升我国重离子科学与技术领域的创新能力，打造具有重大国际影响的重离子科学研究中心。　　

　　建设刷新多项国际纪录　　

验收专家组由8位院士、15位教授组成，专家组听取了工程建设及性能工艺测试报告，审阅了工艺总结报告和有关材料，并进行了现场考察和质询讨论，一致同意强流重离子加速器装置通过工艺验收。

中国科学院近代物理研究所副所长、HIAF总工程师杨建成介绍，项目团队历经16年集智攻坚，在强流束流动力学、核心关键技术方面取得了系列突破，在高质量、高效率工程建设方面开创了大科学工程建设新范式。

据介绍，团队在国际上首次实现六维相空间填充注入，国际首创极高真空度大尺寸超薄壁骨架内衬真空室，创新研发变前励全储能电源新拓扑架构，自主研制国际低频段最高电压梯度油冷磁合金高频系统，实现国际上最快的非谐振加速。团队还创新发展了加速器全系统数字孪生与复杂电磁兼容一体化技术体系，依托团队自主研发的大规模加速器集群控制系统，HIAF实现16小时2公里束线全线贯通，创造了国际同类装置束流调试速度新纪录。

基于这些创新技术，在HIAF束流工艺测试中，典型氧离子束与铋离子束流强指标均优于工程设计指标，并刷新了国际重离子束脉冲流强新纪录，分别将原国际最高指标提高了3倍和7.5倍，氧离子束实测单核子能量为4.299吉电子伏，优于设计指标。

此外，在装置实验终端测试实验阶段，科研团队已在核质量测量、放射性束流产生、核结构研究、核材料辐照、高电荷态离子精密谱学等领域取得了一批具有国际影响力的重要成果，展示了各终端具备产出高水平科研成果的能力。其中，高精度环形谱仪原子核质量测量精度、低能核结构谱仪可测核素的寿命下限和电子-离子复合共振谱仪能量分辨已达到国际领先水平。　　　　

　　科普

　　什么是强流重离子加速器?

重离子是质量比氦原子核重的带电粒子或离子，是研究微观世界的重要工具，它必须借助加速器将它加速至极高能量，才能通过核反应产生其他粒子进行研究。有了重离子加速器，就可以做很多复杂的实验，比如研究原子核存在极限、宇宙中重元素起源、核技术重大应用等等。它可能发现新的基本粒子，甚至合成新的元素，从而拓展人类认知的边界。所以，世界科技强国相继建设了大型重离子加速器研究装置。比如，德国的反质子和离子研究装置、美国的稀有同位素束流装置、法国的在线放射性离子产生系统。

我国当然也有重离子加速器，主要是北京HI-13串列静电加速器、兰州重离子研究装置。但是，数量少、规模小、总体性能不够先进。

如今，HIAF建成，成为国际上规模最大、指标领先的全离子加速器。

焦点

　　和普通人有直接关系吗?

关系可多了。比如，你吃到的荔枝、车厘子、松茸等果蔬，很可能就是使用了重离子微孔膜做的纸箱包装运输的。这种膜通过重离子加速器生产，孔的直径相当于千分之一头发丝直径的量级，有透气和锁水功能，使它能够持久保鲜。

利用重离子加速器技术，还可以将重离子送到肿瘤的位置实现“定向爆破”，和传统的化疗、放射疗法相比有明显的优势。此外，在航天器元件模拟试验、航天育种、辐照杀菌、装备制造等多个领域，重离子加速器都有着重要的应用。

采写:南方日报记者 刘光明宝

通讯员 刘芳

图片:新华社