什么是重離子加速器？

重離子加速器是指用來(lái)加速比α粒子重的離子加速器，有時(shí)也可用來(lái)加速質(zhì)子。通過(guò)重離子加速器可以將大量的重離子加速到很高的速度，甚至接近光速，高速的重離子形成重離子束，用于開展重離子物理研究。 HIRFL-CSR工程是蘭州重離子加速器(HIRFL)的擴(kuò)建工程，工程總投資2.935億元，建設(shè)周期5年。其科學(xué)目標(biāo)是在放射性束物理，特別是滴線核的研究；高溫高密度條件下核物質(zhì)性質(zhì)研究；高離化態(tài)高Z原子物理研究以及高品質(zhì)重離子束和放射性束應(yīng)用研究(交叉學(xué)科)等4個(gè)方面取得一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的成果，使中國(guó)在國(guó)際重離子物理前沿繼續(xù)占有一席之地。與此同時(shí)，通過(guò)該工程的建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)的高科技工業(yè)，如加速器相關(guān)技術(shù)、超高真空和電子冷卻等的發(fā)展。 20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著重離子加速器的發(fā)展，原子核物理學(xué)又開拓了一個(gè)蓬勃發(fā)展的分支學(xué)科——重離子物理學(xué)。在其它學(xué)科，如原子物理、材料科學(xué)、生命科學(xué)、新能源研究、天體物理學(xué)等領(lǐng)域，重離子束亦顯示出日益重要的應(yīng)用前景并形成了重要的交叉學(xué)科。 為使我國(guó)在重離子物理的前沿領(lǐng)域占有一席之地，由國(guó)家投資建設(shè)了蘭州重離子加速器（HIRFL）。經(jīng)過(guò)三個(gè)大科學(xué)工程的建設(shè)及多次改進(jìn)，蘭州重離子加速器現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)能量最高、規(guī)模最大的重離子研究，它由電子回旋共振（ECR）離子源、1.7米扇聚焦回旋加速器（SFC）、大型分離扇回旋加速器（SSC）、新建的冷卻儲(chǔ)存環(huán)(CSR)主環(huán)和實(shí)驗(yàn)環(huán)、放射性束流線、實(shí)驗(yàn)終端等主要設(shè)施組成。 中科院近代物理所于上世紀(jì)世紀(jì)60年代初建成了1.5米經(jīng)典回旋加速器，通過(guò)輕核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，為我國(guó)的氫彈研制作出了貢獻(xiàn)。70年代初，在國(guó)際重離子物理迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，將1.5米回旋加速器改建成能加速較輕重離子的加速器，在我國(guó)率先開展了低能重離子物理基礎(chǔ)研究。 1976年11月，國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)由中科院近代物理所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建造蘭州重離子加速器的主加速器系統(tǒng)，主要建設(shè)一臺(tái)大型分離扇回旋加速器及幾個(gè)實(shí)驗(yàn)終端。同時(shí)，由中科院支配經(jīng)費(fèi)把原1.5米回旋加速器改建成1.7米扇聚焦回旋加速器作為注入器。蘭州重離子加速器的主加速器SSC和注入器SFC于1988年建成，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平，1992年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。SSC與SFC聯(lián)合運(yùn)行，可以把重離子加速到中等能量，用以開展遠(yuǎn)離穩(wěn)定線新核素合成、中低能重離子碰撞和熱核性質(zhì)、重離子束應(yīng)用等研究。 1991年8月，原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)成立蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，向國(guó)內(nèi)外開放。1997年在主加速器SSC上建成具有創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的中能放射性束流線（RIBLL），為我國(guó)開展放射性束物理研究創(chuàng)造了條件；2006年具有國(guó)際領(lǐng)先水平的超導(dǎo)高電荷態(tài)ECR離子源建成并投入運(yùn)行，使HIRFL的束流強(qiáng)度顯著提高；再加上一批改造項(xiàng)目的實(shí)施，使HIRFL的運(yùn)行水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。 為使我國(guó)重離子物理研究繼續(xù)在部分前沿領(lǐng)域保持國(guó)際先進(jìn)性，同時(shí)深入開展重離子治療腫瘤等交叉學(xué)科研究，近代物理研究所經(jīng)過(guò)多年的預(yù)研及反復(fù)論證，并結(jié)合中國(guó)國(guó)情，提出了在HIRFL上擴(kuò)建多用途的冷卻儲(chǔ)存環(huán)（CSR）工程。CSR作為國(guó)家“九五”重大科學(xué)工程，于1997年6月經(jīng)國(guó)務(wù)院科技領(lǐng)導(dǎo)小組審議通過(guò)，2000年4月經(jīng)國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)開工建設(shè)，2008年7月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。CSR突出的創(chuàng)新點(diǎn)是，高品質(zhì)同步環(huán)和大接受度實(shí)驗(yàn)環(huán)雙環(huán)運(yùn)行，并配以空心電子束冷卻，大幅度提高了束流累積效率、重離子束的能量、流強(qiáng)和束流品質(zhì)，使一些極端條件下的高精度測(cè)量成為可能。工程建設(shè)堅(jiān)持自主創(chuàng)新，自行研制的設(shè)備超過(guò)70%，在超高真空、磁鐵及其電源的設(shè)計(jì)加工、自動(dòng)控制等方面都達(dá)到了國(guó)際同類裝置的先進(jìn)水平。CSR的投入使用為中國(guó)重離子核物理、放射性束物理、高離化態(tài)原子物理、核天體物理、強(qiáng)子物理等基礎(chǔ)研究，以及生命科學(xué)、材料科學(xué)、航天科技等應(yīng)用研究提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件，2012年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 2022年，中科院近代物理所的科研人員及合作伙伴依托蘭州重離子加速器大科學(xué)裝置開展了質(zhì)子滴線核磷-26衰變性質(zhì)的高精度測(cè)量, 發(fā)現(xiàn)了β衰變中最強(qiáng)同位旋混雜現(xiàn)象。 HIRFL-CSR以最經(jīng)濟(jì)的性能價(jià)格比，將放射性束與高品質(zhì)重離子束技術(shù)相結(jié)合，并適當(dāng)提高束流能量，具有束流能量范圍寬(低、中能及高能低端)、束流種類多(短壽命豐中子、豐質(zhì)子放射性核束，特別是遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的具有極短壽命的滴線核束，同質(zhì)異能態(tài)核束以及高離化態(tài)重離子束)、束流品質(zhì)高、準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)行、能量可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，并可用作高靈敏、高分辨譜儀。 HIRFL-CSR建成后，與德國(guó)GSI、法國(guó)GANIL和日本RIKEN等同屬世界級(jí)的先進(jìn)裝置。這個(gè)大科學(xué)工程建成后，將為中國(guó)核物理、強(qiáng)子物理、原子物理和高能量密度物理的基礎(chǔ)研究和重離子輻照材料、生物(重離子治癌)及空間輻射等應(yīng)用研究提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件。 蘭州重離子加速器的建成，大大提高了我國(guó)在先進(jìn)重離子加速器物理及技術(shù)和核物理及相關(guān)學(xué)科的國(guó)際地位，使中科院近代物理所蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成為國(guó)際上重要的重離子研究中心，增強(qiáng)了我國(guó)在重離子物理及其交叉學(xué)科國(guó)際前沿領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。近代物理所則依托蘭州重離子加速器取得了以首次合成25種新核素特別是兩種超重新核素為代表的一批原始創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)新核素合成零的突破，并開始了超重新元素探索研究的征程；核結(jié)構(gòu)、重離子碰撞和熱核性質(zhì)研究進(jìn)入國(guó)際前沿；從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)重離子碰撞及熱核性質(zhì)的同位旋相關(guān)性研究，獲得重要成果；HIRFL-CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)高精度原子核質(zhì)量測(cè)量進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，在等時(shí)性工作模式下完成了高精度核素質(zhì)量測(cè)量，所獲數(shù)據(jù)在天體核物理研究中具有重要意義。 蘭州重離子加速器在交叉學(xué)科研究方面也發(fā)揮了巨大作用。依托該裝置我國(guó)開展了重離子束治療惡性腫瘤的基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，先后建成淺層和深層腫瘤治療終端，臨床試驗(yàn)治療腫瘤研究取得了顯著療效，使我國(guó)成為繼美國(guó)、德國(guó)、日本之后，世界上第四個(gè)實(shí)現(xiàn)重離子束治療惡性腫瘤的國(guó)家；建成了單粒子效應(yīng)地面模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為衛(wèi)星和飛船上的航天半導(dǎo)體器件抗輻射性能及其加固提供了關(guān)鍵的測(cè)試平臺(tái)，為航天器的安全運(yùn)行提供了重要的技術(shù)保證；發(fā)展了重離子輻照技術(shù)，研制成功多種新型材料；利用重離子誘變技術(shù)培育出春小麥、甜高粱、當(dāng)歸、瓜果、花卉等作物的優(yōu)良新品種，微生物新菌種和新藥，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。