从跟跑到领跑，一座大国重器HIAF背后的十六年攻坚

中国网/中国发展门户网讯 （王振红）2026年7月21日，广东惠州稔平半岛。位于地下13米深处隧道内的国家重大科技基础设施——强流重离子加速器装置（HIAF）顺利通过中国科学院组织的工艺验收。这意味着，这座世界上首个集超导直线加速器、同步加速器和储存环于一体的“超级显微利器”完成所有工程建设内容，正式进入试运行阶段，开始投入科学研究。

图为强流重离子加速器装置航拍图。

“我们不是简单地把装置做得更大，而是完成了一次全链条的跨越。”中国科学院近代物理研究所副所长、HIAF总工程师杨建成站在巨大的环形加速器旁，指着错综复杂的管线说，“过去我们去国外实验室，核心区域根本不让中国人进；现在，欧洲顶尖团队主动找上门，希望能在这个平台上开展合作。”

从跟跑到并跑，再到如今的领跑，HIAF的建成，不仅标志着我国在重离子物理领域拥有了国际领先的研究平台，更折射出中国大科学工程在自主创新道路上的坚实足迹。

硬核解码：把国际最高指标提高数倍

“行业内通俗地将这套装置比作探索微观物质的‘超级离子大炮’，或者‘超级微观显微镜’。”杨建成介绍。这门“大炮”的首要靶标，便是将重离子加速至接近光速，通过轰击原子核，在极端的能量碰撞中揭示物质结构的奥秘。

这份“火力”究竟有多猛？刚刚结束的工艺测试，HIAF交出了一份令人惊叹的成绩单：典型氧离子束与铋离子束流强指标均优于设计指标，并刷新了国际重离子束脉冲流强纪录，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达4.299吉电子伏，同样优于设计指标。

图为束流在加速器中穿梭。

“高流强是新一代离子加速器最核心的性能指标，要实现超高流强，面临一系列世界级的动力学难题。”杨建成介绍，为了攻克这些难关，项目团队历经十六年集智攻坚。

在国际上首次实现六维相空间填充注入，创新研发了变前励全储能电源新拓扑架构。

图为强流重离子加速器装置高精度环形谱仪。

“这套磁合金高频系统，相当于给带电粒子加速的‘超级发动机’。”HIAF磁合金高频系统负责人丛岩说，十年前，大尺寸高性能纳米晶软磁合金环只有日本能生产，且对我国实施技术与产品双重封锁。“我们通过直接对接日方、委托德国合作研究所代购，全都失败了。我们只能自己干。”

丛岩团队最终突破了米级超大磁环的制备工艺，自研磁环核心性能比日本同类产品高出60%。“我们自研磁环的价格仅为日本日立原装磁环价格的一半，大幅节约了宝贵的建设经费。”

图为骨架内衬极高真空超薄壁真空室。

在真空系统方面，挑战同样巨大。HIAF核心同步环需要在接近太空环境的极高真空（10⁻¹²毫巴）下运行。“我们采用0.3毫米超薄壁骨架内衬极高真空室，厚度仅3张A4纸，这是目前全球同类加速器中厚度最薄的大尺寸弯弧真空室。”HIAF真空系统技术团队成员刘建龙解释，之所以做的这么薄，是因为快循环同步加速器的磁场上升速率极快，厚壁管道会产生涡流效应，导致束流不稳定。

智核赋能：数字孪生与AI自主调束

在HIAF的控制大厅里，一块巨大的屏幕实时映射着地下隧道内设备的运行状态。这便是杨建成口中反复提及的“全系统数字孪生技术”。

“这是一套实体硬件与信息系统深度融合的超复杂系统工程。”杨建成介绍，HIAF占地500亩，包含总长2公里的地下隧道、6000台套大型设备和500万个零部件。“以往建设同类型工程，安装周期需要2至3年。我们采用数字孪生技术，实现了全流程数字化闭环管控，设备安装仅耗时8个月，并将设备电磁噪声控制在1毫伏以下。”

图为超导直线加速器。

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。

随着人工智能浪潮席卷全球，HIAF也在积极探索AI与大科学装置的深度融合。

图为束流打靶。

“前阵子我们已经完成了AI自主调束试验。”杨建成透露，未来五年，团队的目标是依托数字孪生积累的海量数据，通过机器学习实现装置无人化自主运行。“科研人员只需输入实验需求，系统和智能机器人就能自动完成设备调试、数据采集和参数优化。这将是人工智能在核物理领域极具代表性的垂直落地场景。”

在电源系统上，智能化与高效能的结合尤为显著。近代物理研究所加速器技术中心电源技术室主任吴凤军介绍，团队创新研发的“变前励全储能快循环脉冲电源”，解决了大功率磁铁脉冲电源对电网周期性强冲击的难题。“这就好比增程式新能源汽车，我们在电源内部集成了储能电容。电流上升时放电，回落时回充，电网输入功率从十几兆瓦降到了800多千瓦，能耗控制达到了国际顶尖水平。”

世界坐标：从技术封锁到主动合作

放眼全球，法国、德国、日本、美国均在布局新一代重离子加速器。然而，受制于人才团队和制造能力的短板，国外同类项目建设周期往往长达二三十年，且进度一拖再拖。

“国外项目推进慢，核心短板在人才和制造。我们有至少十年的领先优势。”杨建成分析道，过去三十年，美国主攻高能重离子领域，而低能重离子因更贴近产业与国家重大需求，已成为当下的技术前沿。“如今美国也开始转向低能赛道，但法、德、日已深耕多年，追赶存在门槛。”

图为离子源。

HIAF综合性能达到国际同类装置领先水平，实现了我国强流重离子加速器装置跨越发展。

HIAF的落成，改变了国际合作的态势。中国科学院近代物理研究所党委书记、副所长胡正国回忆，十六年前，国外机构对核心技术严防死守；如今，惠州装置建成后，国际同行的合作意愿大幅提升。

“今年我们在法国作报告后，欧洲顶尖团队就明确提出合作诉求，想了解我们的硬件技术和数字化建造经验。”杨建成表示，对于基础科研技术，只要国外机构提供科研支撑，中方愿意开放合作。“现在是我们掌握主导权，国外机构主动寻求合作。”

山海赴约：两地奔波的“追光者”

HIAF的建设采取兰州本部与惠州现场两地联动的模式。由于绝大多数科研人员来自兰州，异地建设成为了最大的挑战之一。

“很多年轻人长期外派，有的科研人员一年在惠州驻地能待300天以上。”胡正国介绍，为了解决大家的后顾之忧，研究所不仅配套了食堂和宿舍，还专门协调解决了职工子女在惠州入读优质学校的问题。“有不少职工选择了举家搬迁到惠州。”

大科学装置的土建标准远高于民用建筑。HIAF地处沿海，地下水位高，防水是头等大事。负责工程现场安装统筹的王儒亮回忆，HIAF建设初期，隧道混凝土浇筑后出现了大量裂缝。团队前后耗时近半年，优化混凝土配比和养护周期，才彻底解决了渗水隐患。

在设备安装阶段，电磁串扰又成了“拦路虎”。“装置测量灵敏度要求低于5毫伏，但现场测试始终不达标。”王儒亮说，团队花了三个月逐段排查线路，最终发现是一段隐蔽的弱电线与强电线贴得太近。“细节决定成败，任何一个微小的疏忽都可能导致整个装置的失败。”

正如杨建成所言：“国外科研人员经常感慨，中国团队没有节假日、没有周末，能持续攻坚完成项目，他们很难做到。”这种甘于奉献、协同攻关的精神，正是HIAF能在短时间内从蓝图变为现实的最强底气。

民生连接：从“高大上”到“接地气”

尽管这座大国重器名为“强流重离子加速器”，听起来高深莫测，其产出的成果却与百姓生活息息相关。

图为强流重离子加速器装置增强器。

胡正国将其比作“超级CT”，并列举了一系列应用场景：

在医疗领域，依托HIAF技术研发的新一代重离子治疗系统，首台设备已在惠州市中心医院落地。

在农业与物流领域，利用重离子制备的微孔保鲜膜，可自主调节蔬果呼吸，无需冷链冰袋就能长效保鲜。“目前广东荔枝、樱桃等生鲜产业已开展试点，顺丰、京东等物流企业正在深度合作，这项技术有望彻底革新生鲜包装运输行业。”

此外，在航天领域，HIAF可为卫星元器件提供地面模拟宇宙射线辐照检测；在核能领域，可发展全新的重离子驱动磁惯性约束聚变技术。

智核跃迁：驶向微观深处的“中国航迹”

随着HIAF投入试运行，中国科学家将依托这一平台，向合成119号、120号新元素发起冲击，探索“超重核稳定岛”的存在，并进一步揭示宇宙重元素的起源之谜。

图为放射性束流线。

“这套智能化体系落地后，我们将真正实现大科学装置的‘自动驾驶’。”杨建成望向深邃的束流线尽头，眼中闪着光。依托数字孪生与机器学习，HIAF不仅是一座物理意义上的加速器，更是一个不断进化的“智能生命体”。它将自主优化参数，捕捉那些稍纵即逝的微观粒子信号，帮助人类读懂宇宙写下的密码。

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，HIAF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。