大灣區再添大國重器:“超級顯微鏡”

位于廣東省惠州市的強流重離子加速器裝置。

強流重離子加速器裝置增強器。

7月21日，位于廣東省惠州市的國家重大科技基礎設施建設項目——強流重離子加速器裝置(HIAF)通過了由中國科學院組織的工藝驗收。這標志著該裝置達到所有工程建設目標，進入試運行階段，開始投入科學研究。

據了解，重離子加速器不僅是探索基本相互作用、物質結構和宇宙演化的重要工具，也是研發關乎經濟社會發展和國家安全先進核技術的平臺。

　　國際領先的研究平臺　　

稔平半島在粵港澳大灣區東南角，島上緊鄰太平嶺核電廠的地方，原是一片不起眼的山頭，國家卻在此布局了兩大科學裝置——一個是探索微觀世界的“超級顯微鏡”，另一個是用于處理核廢料的“高效處理器”。如今先落成的是“超級顯微鏡”。

HIAF是《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃(2012－2030年)》確定的建設重點內容之一，由中國科學院近代物理研究所負責建設，項目主管部門為中國科學院。它是世界上第一臺超導直線加速器、同步加速器和儲存環組合的先進重離子研究裝置，結合了直線加速器的高脈沖流強優勢和環形同步加速器的高能量特點。項目建設內容包括加速器系統、實驗終端系統及其土建公用配套設施。該項目選址惠州市惠東縣稔平半島，于2018年12月正式開工。

按照有關規劃，HIAF聚焦“探索原子核存在極限、揭示核天體物理過程、推動核能開發和多學科應用”三大目標，將為核科學前沿和重離子重大應用提供國際領先的研究平臺，顯著提升我國重離子科學與技術領域的創新能力，打造具有重大國際影響的重離子科學研究中心。　　

　　建設刷新多項國際紀錄　　

驗收專家組由8位院士、15位教授組成，專家組聽取了工程建設及性能工藝測試報告，審閱了工藝總結報告和有關材料，并進行了現場考察和質詢討論，一致同意強流重離子加速器裝置通過工藝驗收。

中國科學院近代物理研究所副所長、HIAF總工程師楊建成介紹，項目團隊歷經16年集智攻堅，在強流束流動力學、核心關鍵技術方面取得了系列突破，在高質量、高效率工程建設方面開創了大科學工程建設新范式。

據介紹，團隊在國際上首次實現六維相空間填充注入，國際首創極高真空度大尺寸超薄壁骨架內襯真空室，創新研發變前勵全儲能電源新拓撲架構，自主研制國際低頻段最高電壓梯度油冷磁合金高頻系統，實現國際上最快的非諧振加速。團隊還創新發展了加速器全系統數字孿生與復雜電磁兼容一體化技術體系，依托團隊自主研發的大規模加速器集群控制系統，HIAF實現16小時2公里束線全線貫通，創造了國際同類裝置束流調試速度新紀錄。

基于這些創新技術，在HIAF束流工藝測試中，典型氧離子束與鉍離子束流強指標均優于工程設計指標，并刷新了國際重離子束脈沖流強新紀錄，分別將原國際最高指標提高了3倍和7.5倍，氧離子束實測單核子能量為4.299吉電子伏，優于設計指標。

此外，在裝置實驗終端測試實驗階段，科研團隊已在核質量測量、放射性束流產生、核結構研究、核材料輻照、高電荷態離子精密譜學等領域取得了一批具有國際影響力的重要成果，展示了各終端具備產出高水平科研成果的能力。其中，高精度環形譜儀原子核質量測量精度、低能核結構譜儀可測核素的壽命下限和電子-離子復合共振譜儀能量分辨已達到國際領先水平。　　　　

　　科普

　　什么是強流重離子加速器?

重離子是質量比氦原子核重的帶電粒子或離子，是研究微觀世界的重要工具，它必須借助加速器將它加速至極高能量，才能通過核反應產生其他粒子進行研究。有了重離子加速器，就可以做很多復雜的實驗，比如研究原子核存在極限、宇宙中重元素起源、核技術重大應用等等。它可能發現新的基本粒子，甚至合成新的元素，從而拓展人類認知的邊界。所以，世界科技強國相繼建設了大型重離子加速器研究裝置。比如，德國的反質子和離子研究裝置、美國的稀有同位素束流裝置、法國的在線放射性離子產生系統。

我國當然也有重離子加速器，主要是北京HI-13串列靜電加速器、蘭州重離子研究裝置。但是，數量少、規模小、總體性能不夠先進。

如今，HIAF建成，成為國際上規模最大、指標領先的全離子加速器。

焦點

　　和普通人有直接關系嗎?

關系可多了。比如，你吃到的荔枝、車厘子、松茸等果蔬，很可能就是使用了重離子微孔膜做的紙箱包裝運輸的。這種膜通過重離子加速器生產，孔的直徑相當于千分之一頭發絲直徑的量級，有透氣和鎖水功能，使它能夠持久保鮮。

利用重離子加速器技術，還可以將重離子送到腫瘤的位置實現“定向爆破”，和傳統的化療、放射療法相比有明顯的優勢。此外，在航天器元件模擬試驗、航天育種、輻照殺菌、裝備制造等多個領域，重離子加速器都有著重要的應用。

采寫:南方日報記者 劉光明寶

通訊員 劉芳

圖片:新華社