國之重器 世代恒心：亞洲最高能量重離子加速器

       從“1.5米經(jīng)典回旋加速器”到“分離扇重離子回旋加速器”，再到“蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)”，從1957年到2017年，60年，中國科學(xué)院近代物理研究所經(jīng)歷了三個(gè)國家五年計(jì)劃、三代人，建成了亞洲能量最高的重離子加速器。
 　　未來，依托強(qiáng)流重離子加速器將使我國重離子科學(xué)研究從“緊跟”走向“并行”，并逐步實(shí)現(xiàn)“引領(lǐng)”，形成在國際上具有重大影響的重離子科學(xué)研究中心。
 　　“儲(chǔ)存環(huán)精神”造就亞洲第一
 　　與其他電子類大科學(xué)裝置不同，蘭州重離子加速器(CSR)一旦開機(jī)運(yùn)行，幾乎需要近60人的龐大團(tuán)隊(duì)全員上陣。作為蘭州重離子加速器總工程師，夏佳文院士常告誡并要求一起奮斗的同事，“ CSR是我們的孩子，只有精心呵護(hù)，悉心培養(yǎng)才能長(zhǎng)大。”
 　　從1992年，所長(zhǎng)基金支持重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)研究，到如今成為亞洲能量最高、規(guī)模最大的重離子研究裝置，CSR科研人員已形成“儲(chǔ)存環(huán)精神”——認(rèn)真負(fù)責(zé)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、敢于創(chuàng)新、勇于奉獻(xiàn)。
 　　加速器總體室主任楊建成研究員至今仍清楚記得12年前那個(gè)寒冷的冬天。加速器建成調(diào)試，連續(xù)一兩個(gè)月奮戰(zhàn)，經(jīng)常工作到凌晨四五點(diǎn)回家，早上八點(diǎn)半又要到中央控制室，盒飯、軍大衣是那時(shí)的標(biāo)配。
 　　“調(diào)試初期，很多條件還沒就位，工作困難很大。”楊建成回憶，有一次，調(diào)控方案一直不能確定，調(diào)試磁鐵電源的工作人員靠搓手、跺腳取暖，在寒冬里等了一個(gè)晚上。
 　　經(jīng)過兩年的調(diào)試，蘭州重離子加速器實(shí)現(xiàn)了全離子加速。
 　　“做科研的人，總有點(diǎn)兒死腦筋，認(rèn)為自己的思路是對(duì)的。”楊建成說，大科學(xué)裝置不是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，很多問題都不可預(yù)見。因此，中控室是爭(zhēng)論最多的地方，大家會(huì)為了一個(gè)參數(shù)爭(zhēng)得面紅耳赤，也由此更好地整理自己和別人的思路。中央控制室懸掛著一張邊角發(fā)黃、背面橫七豎八粘滿膠帶的加速器總體結(jié)構(gòu)圖。這張被翻閱過無數(shù)次的圖紙，見證了楊建成回憶中的每一次爭(zhēng)執(zhí)與堅(jiān)持。
 　　目前，加速器每年運(yùn)行7000小時(shí)，其中5000小時(shí)為用戶提供束流。加速器為質(zhì)量測(cè)量、新核素合成、放射性束物理、輻照材料、輻射生物和單粒子效應(yīng)檢測(cè)等科學(xué)研究提供了高品質(zhì)的束流。
 　　加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置
 　　“敢為天下先”
 　　2010年，為解決核安全、核廢料安全處理處置問題，中國科學(xué)院?jiǎn)?dòng)了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“未來先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”，近代物理研究所作為牽頭單位接受了這項(xiàng)艱巨任務(wù)?；貞泟偨邮苋蝿?wù)的狀況，該項(xiàng)目首席科學(xué)家、近代物理研究所副所長(zhǎng)徐瑚珊說：“我們充分做好了艱苦奮斗準(zhǔn)備，ADS是值得奮斗一生的科研事業(yè)。”
 　　加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置(CIADS)主要由強(qiáng)流超導(dǎo)直線加速器、高功率散裂靶、次臨界反應(yīng)堆構(gòu)成。國際上有一些單項(xiàng)技術(shù)的研究，但沒有實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)樣機(jī)。“無中生有、敢為天下先”——面對(duì)困難，徐瑚珊這樣鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)中年輕的科研人員。多少個(gè)令人“絕望”的反復(fù)失敗和不斷堅(jiān)持后，團(tuán)隊(duì)迎來了“第一次”成功——強(qiáng)流超導(dǎo)直線加速器垂測(cè)到超導(dǎo)數(shù)據(jù)。過了這道坎兒，團(tuán)隊(duì)每向前走一步，都是創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄。超導(dǎo)直線加速器注入器II的技術(shù)負(fù)責(zé)人何源研究員笑稱，6月6日是團(tuán)隊(duì)的“幸運(yùn)日”：2015年6月6日，超導(dǎo)直線加速器首次輸出能量5兆電子伏。2016年10月31日，超導(dǎo)直線加速器輸出能量10兆電子伏。2017年6月6日，超導(dǎo)直線加速器輸出能量25兆電子伏，完成設(shè)計(jì)目標(biāo)，使我國強(qiáng)流超導(dǎo)直線加速器技術(shù)進(jìn)入國際領(lǐng)先行列。
 　　散裂靶是構(gòu)成ADS系統(tǒng)的核心組成之一，現(xiàn)有的散裂靶型難以滿足未來ADS商業(yè)化的功率要求。“我們小時(shí)候都玩過沙漏，沙子可以計(jì)時(shí)，證明流動(dòng)很穩(wěn)定。我們?cè)囋囘@個(gè)思路？”2012年，中國科學(xué)院副院長(zhǎng)詹文龍向楊磊研究員提出思路，試圖從沙漏入手，使散裂靶兼具固體靶和液體靶的優(yōu)點(diǎn)，而避免缺點(diǎn)。2013年，ADS研究團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)性地提出了顆粒流散裂靶。2017年7月，國際首臺(tái)顆粒流散裂靶原理樣機(jī)建成，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是國際高功率散裂靶研究領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑。
 　　徐瑚珊表示，CIADS選址廣東惠州，預(yù)計(jì)2023年建成，國家投資18億元，配套設(shè)施和通平由地方負(fù)責(zé)，將成為國際首臺(tái)質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器、高功率散裂靶和次臨界裝置的系統(tǒng)集成研究裝置。
 　　強(qiáng)流重離子加速器
 　　“引領(lǐng)”重離子科學(xué)研究
 　　為了探索原子核存在極限和奇特結(jié)構(gòu)、宇宙中從鐵到鈾元素的來源、高能量密度物質(zhì)性質(zhì)等重大前沿科學(xué)問題，解決我國空間探索和核能開發(fā)領(lǐng)域中與粒子輻射相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)難題，2008年，中科院近代物理研究所提出，建造國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——“強(qiáng)流重離子加速器裝置”(HIAF)，選址廣東省惠州市，國家投資15億元，配套設(shè)施和通平由地方負(fù)責(zé)，預(yù)計(jì)2024年建成。
 　　所長(zhǎng)助理周小紅研究員介紹，高流強(qiáng)、高能量、高束團(tuán)功率是重離子加速器的發(fā)展趨勢(shì)，束流指標(biāo)愈先進(jìn)就愈有可能引領(lǐng)相關(guān)科學(xué)研究并取得重大成果。HIAF建成后，提供束流強(qiáng)度是現(xiàn)有裝置的一千到一萬倍，能量提高10倍。與國際同類裝置比較，將提供最強(qiáng)的中低能脈沖重離子束流，產(chǎn)生最高功率的短脈沖、強(qiáng)聚焦、高能量重離子束團(tuán)，開展高精度儲(chǔ)存環(huán)物理實(shí)驗(yàn)。因此，HIAF在產(chǎn)生遠(yuǎn)離穩(wěn)定線原子核、精確測(cè)量短壽命原子核質(zhì)量、重離子驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)方面極具優(yōu)勢(shì)。
 　　“我們是站在前輩的肩膀上做科研。”楊建成對(duì)記者說。通過“1.5米經(jīng)典回旋加速器”“分離扇重離子回旋加速器”和“蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)”三代國家大科學(xué)工程的建設(shè)和運(yùn)行，近代物理研究所掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的離子加速器核心技術(shù)，積累了豐富的大科學(xué)裝置建造、運(yùn)行和管理經(jīng)驗(yàn)，形成了素質(zhì)優(yōu)良、年齡結(jié)構(gòu)合理、專業(yè)種類齊全、勇于創(chuàng)新、團(tuán)結(jié)協(xié)作的高水平加速器工程建設(shè)和相關(guān)科學(xué)研究隊(duì)伍，具備承建大型離子加速器裝置的能力。依托HIAF，將使我國重離子科學(xué)研究從“緊跟”走向“并行”，并逐步實(shí)現(xiàn)“引領(lǐng)”，形成在國際上具有重大影響的重離子科學(xué)研究中心。
 　　編輯點(diǎn)評(píng)
 　　從“1.5米經(jīng)典回旋加速器”到“分離扇重離子回旋加速器”，再到“蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)”，每一代研究人員的創(chuàng)新研究都加速了我國在這一領(lǐng)域的進(jìn)展。如今，憑借一大批優(yōu)秀創(chuàng)新人才的加入，將促使我國離子科學(xué)研究取得更大進(jìn)展，在國際領(lǐng)域占據(jù)重要地位。