三體世界為了征服地球文明，派出兩個智子到達地球，通過干擾粒子加速器的研究，將地球文明的科學鎖死在現(xiàn)有水平。因為，粒子加速器有助于通過對物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)的探索，實現(xiàn)基礎(chǔ)科學的突破，進而促進人類科學諸多領(lǐng)域的新發(fā)展……

　　這是科幻小說《三體》的故事情節(jié)，有關(guān)星際文明對抗的內(nèi)容純屬虛構(gòu)。但里面提到的粒子加速器，地球上真有這種東西嗎？

　　答案是：真的有。而且，它的確關(guān)乎地球基礎(chǔ)科學的重大突破。

　　目前，位于惠州市一片濱海的深山里，一臺總體性能世界最先進的強流重離子加速器正在建造，預(yù)計2025年建成。

　　采寫：南方日報記者 劉光明寶

　　攝影：南方日報記者 王昌輝

　　HIAF項目主體建筑已完工

　　1月的嶺南，雖然已是小寒節(jié)氣，惠州市惠東縣黃埠鎮(zhèn)的一處山上，依然是郁郁蔥蔥、綠樹成蔭。亞熱帶氣流從海上吹來，越過幾百米的濱海地帶，隨后拂過這片山頭，為這里的樹木和植被帶來濕潤的空氣。

　　這里是國家兩大科學裝置的項目建設(shè)現(xiàn)場，兩大裝置即強流重離子加速器（HIAF）、加速器驅(qū)動嬗變研究裝置（CiADS）。前者主要為研究原子核存在極限、宇宙中重元素起源、核技術(shù)重大應(yīng)用等重大科學和技術(shù)問題提供重要支撐，后者主要為核能可持續(xù)發(fā)展和先進核能研發(fā)提供技術(shù)支撐。

　　從遠處望去，項目主體建筑已完工，以紅色為主基調(diào)的建筑群非常醒目。不少工人在完善配套設(shè)施建設(shè)，工程車一輛接一輛穿梭往來。進入HIAF主體設(shè)備位于地下12米深處的隧道中，工人們正在安裝科研設(shè)備，科研人員仔細檢測相關(guān)設(shè)備，以保障運行后束流的正常。

　　HIAF工程師王儒亮介紹，HIAF土建施工基本完成，目前主要是在做室外工程的收尾工作。工藝設(shè)備安裝完成了約90%，現(xiàn)在主要集中開展各系統(tǒng)間工藝設(shè)備的測試調(diào)試工作。

　　這兩大科學裝置是“十二五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，也是國內(nèi)為數(shù)不多的兩個緊密相連的大科學裝置“雙子星”，總投資約68億元，于2018年啟動建設(shè)。其中，HIAF項目將建設(shè)成為國際上低能連續(xù)束流和高能脈沖束流強度最高的重離子加速器裝置，CiADS將成為國際上第一個兆瓦級ADS（加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)）研究裝置。

　　為什么國家兩大科學裝置會選址惠州？

　　中國科學院近代物理研究所黨委書記、副所長，東江實驗室常務(wù)副主任胡正國介紹，由于這兩大科學裝置對地質(zhì)的穩(wěn)定性、研究的便利性、經(jīng)濟和人才支撐等有很高的要求，該所從2009年開始選址，從西北到內(nèi)蒙古、山東、江蘇等地，一直考察到廣東，最后將項目的裝置區(qū)落址在惠州市惠東縣黃埠鎮(zhèn)的一處濱海區(qū)。

　　黃埠鎮(zhèn)位于惠州市東南角，屬于濱海區(qū)域，且選定建設(shè)項目的具體位置地質(zhì)穩(wěn)定。加上惠州所處的粵港澳大灣區(qū)正在建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心，各類人才豐富、經(jīng)濟發(fā)達，有助于兩大科學裝置推進科技成果轉(zhuǎn)化。當然，項目建設(shè)需要地方的大力支持，惠州作為萬億級工業(yè)大市實力雄厚。綜合這些因素，以及廣東省和惠州市的積極爭取，使得兩大裝置最終選址在惠州。

　　“我們2008年提出建設(shè)兩大科學裝置，從2009年到2014年，組織了多次論證，考察了很多地方，花了五年時間才選好地址?！焙龂榻B，2014年，兩大科學裝置正式確定落地惠州，2018年開始動工建設(shè)。

　　如今，兩大裝置位于黃埠的裝置區(qū)正在加快推進建設(shè)，HIAF預(yù)計今年建成，CiADS很多設(shè)備也在陸續(xù)安裝，預(yù)計2027年建成。

　　為基礎(chǔ)科學和科技產(chǎn)業(yè)筑底

　　那么，這兩大科學裝置到底是做什么研究的？具體有什么用途？

　　據(jù)了解，HIAF采用超導(dǎo)離子直線加速器和環(huán)形同步加速器相結(jié)合，是多用途的重離子科學研究裝置。依托HIAF，有可能在元素合成、宇宙起源、物質(zhì)演化等基礎(chǔ)物理研究方面取得重大發(fā)現(xiàn)。

　　胡正國介紹，HIAF建成后，它的脈沖流強將是國際上最強的，科學家可以利用重離子束流以接近光速的速度做實驗。比如，目前的元素周期表最后一個元素已經(jīng)排到118號，包括118號在內(nèi)位于元素周期表末端的一些元素，基本上都是通過加速器人工合成的。這種人工合成的新元素也可以說是新物質(zhì)，雖然壽命很短，但它是國際最前沿的科學研究，可以拓展人類知識，有助于研究宇宙的起源和形成，在基礎(chǔ)科學研究領(lǐng)域具有非常重要的意義。

　　在HIAF的隧道中，記者來到一片源頭區(qū)域。工作人員介紹，就是從這里產(chǎn)生粒子，然后加速的。王儒亮進一步解釋，在加速器主體設(shè)備中，離子源將為BRing提供多種注入離子。其產(chǎn)生的粒子束通過超導(dǎo)直線預(yù)加速以后，將注入到BRing環(huán)形加速器中，BRing將重離子束流累積到實驗所需要的高流強，并采用磁合金高頻系統(tǒng)將累積儲存的重離子束流加速至所需要的能量。

　　以此為基礎(chǔ)，HIAF可以做很多研究。比如，著眼于國家重大需求，它可以解決航天方面的重要試驗。胡正國介紹，宇宙中的射線主要是質(zhì)子和重離子，一個高能量的重離子打到航天器電子元件或芯片上，就可能把它打壞。如何做好防護？這就需要在地面通過重離子加速器做模擬試驗，以確保有關(guān)設(shè)施設(shè)備在太空的安全性。

　　CiADS則聚焦核廢料的處理和核燃料的穩(wěn)定供應(yīng)兩個重大問題。從全球來看，目前處理核廢料普遍采用深埋的方式，由于它的壽命是幾十萬年，這對地質(zhì)地理環(huán)境提出極高的要求。因此，上個世紀八九十年代，國際上有學者提出，通過一種科學裝置將核廢料的壽命減少到幾百年甚至更短，后續(xù)再進行處理相對就更容易、更安全多了。將核材料從長壽命變成短壽命，這個過程叫“嬗變”。

　　盡管理論已經(jīng)提出來了，許多國家也想做出這種裝置。但真正把這種裝置做成實物的，只有中國目前在建的CiADS。

　　另外，在開拓核原料方面，這個裝置也有巨大的作用。目前，核電站的原料是鈾235，但它在自然界很少。鈾在自然界存在最多的是鈾238，約占99.3%。這個裝置可以通過質(zhì)子轟擊散裂靶產(chǎn)生中子，用中子跟鈾238發(fā)生核反應(yīng)，然后把它嬗變成钚239。由于钚239也是裂變核素，這樣就將極大提升核燃料的利用率。

　　胡正國介紹，CiADS項目將建設(shè)成國際上第一個ADS系統(tǒng)研究裝置。建成后，將滿足我國長壽命高放核反應(yīng)堆廢料安全、妥善處理處置的研究需求，為我國核能可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐，為未來商用加速器驅(qū)動先進核能系統(tǒng)探索和驗證可行、優(yōu)化的技術(shù)路線。這方面的研究中國走在全球最前面，有可能是最先提出解決辦法的。

　　大科學裝置應(yīng)用前景廣闊

　　從元素合成到核材料研究，國家兩大科學裝置似乎離普通人的日常生活非常遙遠。但實際上，它們的應(yīng)用前景非常廣闊。

　　在去年11月舉行的中國物理學會、中國核學會粒子加速器分會第十二次全國會員代表大會暨學術(shù)交流會期間，中國工程院院士夏佳文介紹，大科學裝置是新原理、新方法、新技術(shù)、新工藝等的創(chuàng)新?lián)u籃，由大科學裝置派生出來的核科學技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生命健康等領(lǐng)域。

　　以HIAF為例，它的一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是醫(yī)學治療。通過重離子加速器，把碳離子的速度加速到接近光速的70%，它就可以穿透人體組織約30厘米，這個深度對治療人體來說足夠用。這樣一來，就可以把重離子送到腫瘤的位置實現(xiàn)“定向爆破”，它對正常細胞的損傷很小。因此，和傳統(tǒng)的化療、放射療法相比，這種治療方法優(yōu)勢明顯。

　　胡正國介紹，目前，上海、蘭州、武威、武漢等地都有這樣的重離子治療裝置，既有進口的，也有中國科學院近代物理研究所研發(fā)的。目前惠州在建的新一代重離子治療裝置將更加先進，它使用的環(huán)形同步加速器周長是35米，而第一代國產(chǎn)同類設(shè)備的周長是56米。以前一臺設(shè)備匹配3-4個病房，惠州的新設(shè)備可以匹配十幾個病房，將大幅提升效率。

　　另外，對于擴散性的腫瘤，兩大科學裝置可以生產(chǎn)放射性同位素，并做成靶向藥，把它帶到腫瘤的位置進行內(nèi)部照射，進而殺死腫瘤細胞。但同位素價格非常貴，一個病人單用同位素藥可能就要幾十萬元。因此，從全球來看，這種同位素藥具有巨大的市場，作為醫(yī)療產(chǎn)業(yè)有著廣闊的市場前景。

　　不只是醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，在水果保鮮領(lǐng)域，兩大科學裝置同樣可以催生新興產(chǎn)業(yè)。胡正國介紹，目前水果保鮮大多靠冷鏈，而通過核孔膜材料來保鮮可以延長大約一周時間。這種膜是用重離子在薄膜上打孔，因為孔足夠小，水分子在里面出不來，但可以透氣，保鮮效果非常好。去年，山東一家企業(yè)單賣這種核孔膜材料的保鮮紙箱就賣了數(shù)億元。目前，這種材料用的是中國科學院近代物理研究所的技術(shù)，只在蘭州生產(chǎn)，今后惠州也可以生產(chǎn)，而且效率會更高，技術(shù)更先進，同樣會是一個大產(chǎn)業(yè)。

　　此外，兩大裝置在裝備制造業(yè)、輻照殺菌等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用場景。為進一步加強成果轉(zhuǎn)化，惠州市已建設(shè)先進能源省實驗室，推動惠州的能源產(chǎn)業(yè)大發(fā)展。

　　惠州市科技局有關(guān)負責人介紹，先進能源省實驗室是廣東省第三批省實驗室，由惠州市政府主建，中國科學院近代物理研究所牽頭承建，它將聚焦國家能源領(lǐng)域中長期戰(zhàn)略目標和廣東省能源重大需求。按照規(guī)劃，惠州將依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，以及兩大科學裝置、先進能源省實驗室等重大科研平臺，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)建大灣區(qū)能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。

　　建成后會在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑

　　“在重離子、核物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，我們很多方面還是和國際并跑，位于惠州的國家兩大科學裝置建成后我們在很多領(lǐng)域會實現(xiàn)領(lǐng)跑?！焙龂判臐M滿地說。

　　從高空俯瞰，兩大科學裝置位置相鄰，建筑風格一致，兩者巧妙地融為一體。胡正國解釋，兩大科學裝置挨在一起有很多好處，比如可以共享很多技術(shù)，方便從事科研。將來還可以連接起來用，通過CiADS裝置產(chǎn)生放射性束流，再放到HIAF中加速，國際上很多國家都想發(fā)展這種裝置，真正做成的只有中國。

　　目前，粵港澳大灣區(qū)正在加快建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心。而人才是第一資源，如何吸引更多高端人才來大灣區(qū)從事科研活動？國家兩大科學裝置將發(fā)揮重要作用。

　　胡正國透露，國家兩大科學裝置啟用之后，會根據(jù)國家政策將基礎(chǔ)研究所涉及的部分對國際開放。屆時，僅中國科學院近代物理研究所派來的科研人員和研究生，就可能達到約1000人，如果加上國內(nèi)國際前來搞科研的專家學者，估計總共會有1500人。

　　他認為，近現(xiàn)代科學西方歷史悠久、積淀深厚，中國雖然發(fā)展得快，但整體的科學素養(yǎng)和水平和西方相比還是有差距。如果有國際一流的科學家來兩大裝置從事科研交流，對于提升中國的科學水平是有幫助的，所以一定要開放合作。

　　此前，南方日報記者曾前往德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心采訪。時任技術(shù)轉(zhuǎn)移部負責人Tobias Engert博士介紹，該中心有一個項目叫FAIR（Facility for Antiproton and Ion Research，反質(zhì)子和離子研究裝置），它和中國惠州目前在建的HIAF類似，都是加速器裝置，借助它可以做很多高難度的實驗。同樣地，德國的FAIR也是開放的平臺，為來自全球50多個國家的科學家提供研究機會?！　?br/>

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