多项核心技术领跑全球！强流重离子加速器在惠东建成试运行并投入科学研究

8月22日至23日，

2026第四届中国肿瘤粒子医疗

与工程技术大会将在惠州召开。

本届大会汇聚临床、工程、物理、

生物与人工智能等领域专家与产业力量，

聚焦“十五五”时期粒子治疗的

核心挑战与突破路径。

这次大会落地惠州，

与强流重离子加速器（HIAF）建成试运行

并投入科学研究密不可分。

从2009年设计构想提出，

到2025年全线一键贯通出束，

HIAF可产出国际脉冲流强最高的

重离子束流，

让科研人员

在从探索原子核极限到合成新元素，

再到支撑重离子放疗、

航天辐照测试等

诸多领域取得进一步突破。

中国科学院“两大科学装置”项目。

规模大

束线总长2公里

包含约6000台（套）大型设备

群山之巅，双月湾畔，在无人机的视角下，一片红色基调的建筑群映入眼帘。建筑外墙上，中国科学院院徽在阳光的照耀下，熠熠生辉。

这就是坐落于惠东县稔平半岛的“国之重器”——中国科学院“两大科学装置”，一个是探索微观世界的“超级显微镜”（强流重离子加速器），另一个是用于处理核废料的“高效处理器”（加速器驱动嬗变研究装置）。

HIAF是《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》确定的重点建设项目之一，由中国科学院近代物理研究所负责设计建设。装置包括加速器、实验终端系统及公用配套设施，束线总长2公里，包含约6000台（套）大型设备、500万个零部件，工艺管线总长超过150万米。

从2009年提出设计构想，到2018年12月动工建设，再到2025年10月实现束流全线贯通，千余名科研人员接续奋斗，HIAF前后历时16年推进落地。

“当时，大家就铆在这块刚动工的山地里，经常晴天一身灰，雨天一身泥。”项目一动工，通用技术中心主任陈文军和五六名同事就来了，由于要负责装置的机械设计、基建施工、空调通风等工作，大家常年泡在工地上。

HIAF隧道位于地下13米处，地下水丰富、盐雾腐蚀极强。装置搭载大量精密电磁、真空设备，对隧道结构密闭性、平整度及施工精度要求极其严苛。

“工程质量关乎防水效果，微小裂缝、渗水都会直接损毁核心精密设备。”陈文军说，项目建设初期，施工方采用民用浇筑工艺浇筑隧道时，隧道侧壁出现裂缝。经专家诊断发现，由于白天高温导致混凝土热量聚积排不出。

陈文军和同事们当即决定夜间作战，从入夜到凌晨，大家轮流住进10公里外的搅拌厂，严格监测每一车混凝土的温度和坍落度。靠着前期稳扎稳打，确保了日后每台精密设备的高效运转。

不止于此，项目团队还开创了大科学工程“数字孪生驱动建造”新模式，设计阶段就把加速器在电脑里“装”了一遍，先在数字模型里做到“零误差”，然后再到现场“垒积木”，此举将国际平均两到三年的安装周期缩短至8个月。

“这是中国速度，更是中国经验。”中国科学院近代物理研究所所长、HIAF总工程师杨建成介绍，目前该套技术已推广到先进阿秒激光设施、合肥先进光源、散裂中子源二期等多个大科学装置中。

增强器同步加速器‌（BRing）隧道设备。

高流强

创造国际同类装置束流调试速度新纪录

HIAF是世界上第一台由超导直线加速器、同步加速器和储存环组合的先进重离子研究装置，能提供国际上脉冲流强最高的重离子束流，可加速元素周期表中从氢到铀全部离子种类。

重离子加速器为啥要高流强？“它既是‘离子大炮’，又是‘超级显微镜’。”杨建成介绍，高流强是新一代离子加速器最核心的性能指标。重离子加速器能发射高能离子束，精准轰击靶材，产生丰富的粒子碎片，科研人员通过分析这些微观反应产物，便能精准窥探物质的深层微观结构。

但是，粒子越多、越挤，它们之间的静电排斥就越强，越容易乱跑、撞丢，所以要把离子累积到超高强度，还能保持整齐不乱，面临着一系列世界级动力学难题和技术挑战。

为此，HIAF项目团队历经16年集智攻坚，先后在强流束流动力学、关键核心技术方面取得了一系列突破，3项关键核心技术为国际首创或首次提出，9项关键核心技术指标实现国际领先。

其中，包括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，提出“六维相空间涂抹+独立时钟堆积”的全新方法等。

特别值得一提的是，团队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。

产业化

加速“沿途下蛋”模式，系列成果落地转化

从探索物质结构到揭开宇宙演化底层奥秘，HIAF似乎离普通人的日常生活非常遥远，但实际上，它们的应用前景非常广阔。

“重离子装置既要‘顶天’——冲击国际前沿，也要‘立地’——服务民生需求。我们研发先进技术的最终目的，还是让科技成果惠及普通老百姓。”杨建成介绍，HIAF搭建起了“基础前沿、国家战略、民生医疗”三位一体应用赛道，从元素周期表到医院放疗室，一束重离子承载多重国家使命。

在航天领域，HIAF可以为卫星和航天器做抗辐射测试；在农业领域，HIAF可用于重离子辐照育种；在癌症治疗方面，基于大科学装置研发了新一代医用重离子治疗装置。

在惠州，HIAF早已开启“沿途下蛋”模式，将新一代医用重离子加速器、核孔膜等一系列最新科技成果落地转化。今年荔枝季，依托HIAF衍生技术打造的核孔膜凭借良好透气性和锁水功能，成为果蔬保鲜的“硬核科技”，除了果蔬保鲜外，核孔膜技术还在医疗器械滤材、超薄特种材料等领域逐步实现产业化落地。目前，由中国科学院近代物理研究所、东江实验室以及相关企业、基金投资的国际首条大规模重离子核孔膜生产线正依托HIAF加速建设，建成后将具备日产100万平方米核孔膜的生产能力。

HIAF贴近民生的重要应用还有重离子医疗的产业化。2024年5月，新一代医用重离子治疗装置落地市中心人民医院金山院区。该装置核心电源、束流控制技术均源自HIAF同源技术。通过重离子加速器，可将重离子送到肿瘤位置实现“定向爆破”，与传统化疗、放射等疗法相比，这种治疗方法对正常细胞损伤小，优势明显。

项目建成投入使用后，将以重离子放疗为主要特色，可满足惠州患者足不出“惠”获得相应治疗的迫切需求。同时，服务能力将辐射整个华南地区，致力于打造成为华南地区肿瘤治疗示范项目。

作为大湾区重要节点城市，惠州正以HIAF等大科学装置建设为重要依托，不断强化高水平科技要素供给，不断夯实科技创新与产业创新深度融合发展的基础，全力打造大湾区科技成果转移转化首选地、具有重大国际影响的重离子科学研究中心。

来源：惠州发布

编辑：许辉平

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