中科院近代物理所面向国家重大需求实践录

■我们的记者刘晓倩

从“1.5米经典回旋加速器”到“分离扇重离子回旋加速器”再到“兰州重离子加速器冷却储存环”，从1957年到2017年，60年间，中国科学院现代物理研究所历经三个国家五年计划和三代建成亚洲最高能量重离子加速器。

未来，依靠强流重离子加速器将使我国重离子科学研究从“紧跟”走向“平行”，并逐步实现“领先”，形成一个在世界上有重大影响的重离子科学研究中心。

“储物圈精神”让亚洲领先

与其他电子科学仪器不同，兰州重离子加速器一旦启动运行，将需要近60个大型团队。作为兰州重离子加速器的总工程师，夏院士经常告诫和要求一起奋斗的同事:“南车是我们的孩子，只有通过精心的呵护和培养，我们才能成长。”

从1992年主任基金资助重离子加速器冷却储存环的研究至今，它已成为亚洲最高能量和最大的重离子研究装置。企业社会责任研究者形成了“储存环精神”——认真负责、团结合作、勇于创新、勇于奉献。

加速器总办公室主任杨仍然清楚地记得12年前的那个寒冷的冬天。加速器已经完成并投入使用，连续战斗了一两个月。通常工作到凌晨4: 00才回家，并在早上8: 30去*控制室。盒饭和军用大衣在那个时候是标准的。

"在试运行之初，许多条件都不具备，工作非常困难。"杨回忆说，有一次，控制方案还不确定，调试磁铁电源的工作人员不得不搓手跺脚取暖，在寒冷的冬天等了一个晚上。

经过两年的调试，兰州重离子加速器实现了全离子加速。

“从事科学研究的人总是有点脑死亡，认为自己的想法是正确的。”杨说，科学仪器不是标准产品，许多问题是不可预测的。因此，*控制室是最有争议的地方，每个人都会因为一个参数而争论不休，从而更好地理清自己和他人的想法。*控制室挂有加速器总体结构图，背面有黄色边角和胶带。这幅画已经被人读过无数遍，见证了杨对记忆中的每一次质疑和坚持。

目前，加速器每年运行7000小时，其中5000小时为用户提供光束。加速器为科学研究提供高质量的束流，如质量测量、新核素合成、放射性束物理、辐照材料、辐照生物和单粒子效应检测。

加速器驱动嬗变研究装置

“敢于成为世界第一”

2010年，为解决核安全和核废料安全处置问题，中国科学院启动了“未来先进核裂变能源——ADS嬗变系统”科技战略试点项目。现代物理研究所作为牵头单位接受了这项艰巨的任务。该项目首席科学家、现代物理研究所副所长徐湖山回忆了他刚刚接受任务时的情况，他说:“我们为艰苦的工作做好了充分的准备。广告是一项值得一生奋斗的科学研究事业。”

加速器驱动嬗变研究装置主要由大电流超导直线加速器、大功率散裂靶和亚临界反应堆组成。世界上有一些关于个体技术的研究，但是没有真正的原型系统。“无中生有，敢为人先”——面对困难，徐虎-山鼓励团队中的年轻研究人员。多少次“绝望”的重复失败和坚持不懈的努力让这个团队获得了“第一次”成功——超导数据是由大电流超导线性加速器垂直测量的。越过这个障碍后，该队每前进一步都会创造一项新的世界纪录。超导直线加速器注入器二号的技术负责人何源研究员笑着说，6月6日是团队的“幸运日”:2015年6月6日，超导直线加速器首次提供了5兆电子伏特的能量。2016年10月31日，超导直线加速器将输出10兆电子伏特。2017年6月6日，超导直线加速器输出能量为25兆电子伏，实现了设计目标，使中国大电流超导直线加速器技术进入世界领先行列。

散裂靶是ADS系统的核心部件之一。现有的散裂靶不能满足未来ADS商业化的功率要求。“我们年轻时都玩过沙漏，沙子可以计时，证明流动是稳定的。让我们试试这个想法？”2012年，中国科学院副院长展向杨磊的研究人员提出了一些想法，试图从沙漏开始，使散裂靶既有固体靶的优点，又有液体靶的优点，同时避免缺点。2013年，ADS研究团队最初提出了粒子弥散裂纹目标。2017年7月，第一个国际散裂靶样机建成，现场测试各项指标均达到设计要求。这是国际高能散裂靶研究领域的一个重要里程碑。

徐湖山说，*开发区将设在广东省惠州市，预计2023年完成，国家投资18亿元。配套设施和通平将由当地*负责。CIADS将成为首个质子超导直线加速器、高功率散裂靶和亚临界装置的国际系统集成研究装置。

强流重离子加速器

“领先”的重离子科学研究

为了探索原子核的极限和特殊结构、宇宙中从铁到铀的元素来源、高能量密度材料的性质等重大前沿科学问题，解决我国空间探索和核能发展领域中与粒子辐射有关的关键技术问题，2008年， 中国科学院现代物理研究所提出在广东省惠州市建设国家重大科技基础设施——强流重离子加速器设施，国家投资15亿元，配套设施和地方*由同平负责，预计2024年建成。

助理主任周晓红说，高电流强度、高能量和高束功率是重离子加速器的发展趋势。束流指数越先进，就越有可能引领相关科学研究并取得显著成果。HIAF完成后，提供的光束强度是现有设备的1，000至10，000倍，能量增加10倍。与同类国际装置相比，它将提供最强的中低能脉冲重离子束电流，产生最高功率的短脉冲、强聚焦、高能重离子束团簇，并开展高精度储存环物理实验。因此，HIAF在产生远离稳定线的核、精确测量短命核的质量以及驱动重离子产生高能量密度物质方面具有很大优势。

"我们在前人的肩膀上做科学研究."杨告诉记者。通过“1.5m经典回旋加速器”、“分离扇重离子回旋加速器”和“兰州重离子加速器冷却储存环”三代国家重大科学项目的建设和运行，现代物理研究所掌握了具有自主知识产权的离子加速器核心技术，积累了科学仪器建设、运行和管理的丰富经验，形成了一支素质过硬、年龄结构合理、专业门类齐全、勇于创新、团结协作、有能力建设大型离子加速器设备的高水平加速器工程建设和相关科研团队。中国重离子科学研究将依托中国重离子研究院，从“紧跟”走向“平行”，逐步实现“领先”，形成一个在世界上有重大影响的重离子科学研究中心。

《中国科学日报》(第四版综合版，2017年8月24日)