北京
近日，在广东惠州，我国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科技基础能力局组织的工艺验收，正式进入试运行阶段。
2009年提出构想、2018年开工建设、2025年首次成功出束、2026年投入科学研究，这台被誉为“国之重器”的大科学装置，历经科学家十几年集智攻坚，综合性能已达到国际同类装置领先水平。这台装置到底有何用？故事要从小小的离子讲起。
原子由原子核和核外电子构成，如果原子失去一个或多个核外电子，中性原子就会变成带正电的离子。重离子，通常指质量数大于4（即比氦重）的原子核失去电子后形成的离子。
什么是重离子加速器？一句话概括，就是将重离子加速到高能状态的一个复杂电磁装置。在这里，被逐级加速至接近光速的重离子束犹如一颗颗“微观炮弹”，可以被引导至实验靶区，轰击目标原子核或彼此对撞，产生各种次级粒子和新现象，供科学家探测和分析。
“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，还是研发先进核技术的重要平台。建造兼具高性能与高流强的重离子加速器，是大国必争的科技战略高地。”中国科学院近代物理研究所副所长、HIAF总工程师杨建成说。
高流强是新一代离子加速器最核心的性能指标，也是推动核科学前沿发展、实现重离子重大应用的重要前提。“通俗点说，就是单位时间内加速的离子数量大幅增加。”杨建成告诉记者，离子加速器提供的离子束通过核反应，可产生大量的核产物或者高通量的次级粒子。无论是探索核物理领域重大科学问题，还是满足国家战略及经济社会发展需求，科学家都希望不断提高核反应产额或者次级粒子的通量，这就要求离子加速器不断挑战高能量、高流强、高束流品质等目标。
彼时，摆在杨建成等人面前的是一系列世界级难题。例如，要实现强流的离子束，首先需要从物理机制上突破所有制约离子稳定运行的动力学效应。然而，这个问题国际上已20多年无重大进展。又如，重离子束流要加速至高能量，离不开束流的“超级发动机”——高频系统，但作为其核心部件的大尺寸液冷磁合金环，长期被国外垄断，且对我国禁售并实施技术封锁。
多年鏖战，项目团队最终交出了一份亮眼成绩单。
HIAF能够提供世界上脉冲流强最高的重离子束流，单次加速的离子数量可达数千亿个，速度可达光速的96.4%；能够加速元素周期表中从氢到铀所有种类的离子，其能区覆盖百万电子伏特每核子至十亿电子伏特每核子；其搭载的核质量环形谱仪世界精度最高，可以精确测量寿命只有几十微秒的原子核质量……
杨建成表示，在基础研究方面，未来HIAF将帮助科学家寻找原子核存在的边界，并探索理论预言的“超重核稳定岛”，有望率先合成新的元素；同时，揭示奇特的核结构现象，认识原子核内有效相互作用，发现超出既有理论的新现象。
除了推动微观世界的研究，集成了离子超导直线加速器和环形同步加速器最先进技术的HIAF，还有许多用途。中国科学院近代物理研究所党委书记、副所长胡正国介绍，随着我国航天科技和核能开发快速发展，HIAF可用于航天器与核电材料的抗辐射性能测试与改良，支撑材料科学、空天探测及先进核能等领域研究。在农业和食品领域，重离子辐照技术可应用于作物育种、食品保鲜等。在医学领域，HIAF将有力推动重离子治癌与新型医用同位素药物的研发。（经济日报记者 沈 慧）
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