在中国科学院近代物理研究所(简称近代物理所),一座白色大建筑群显得格外沉静,这里,有着在科学界声名显赫的重离子加速器。

  兰州重离子加速器是近代物理所负责设计、建造的我国大型重离子加速器系统。改革开放40年来,经过数代人的努力,为我国开辟了中能重离子物理基础研究和应用研究的新领域,标志着我国回旋加速器技术水平进入了国际先进水平,并成为激励广大青少年学科学、爱科学、强素质,早成才的生动课堂。

  近代物理所所长肖国青回忆说,1957年,中科院近代物理所创始人杨澄中带领30多名科研人员从北京中关村来到兰州,和省上挑选的20多名科技精英担负起建造重离子加速器的重任。作为“一五”期间前苏联援建我国的156个重大项目之一,1.5米经典回旋加速器建设经历了三年自然灾害以及前苏联政府毁合同、撤专家的困境。可以这么说,当时的研究环境非常恶劣,没有计算机,就用手画图纸;没有经验,就一遍遍做试验……

  数十年下来,近代物理所发生了翻天覆地的变化,但唯一不变的是近代物理所人对科学的执着精神,凭借着这种精神,近代物理所先后取得了诸多成绩,每一次的成功,都让世界震惊、让国人振奋。

  1978年3月,全国科学大会召开,此次大会制定了科技政策的指导方针,如大会提出了科学技术是生产力;科研机构实行所长分工负责制;向科学技术现代化进军等等。对科技界而言,此次大会是中国科技政策史上的一个新起点,并开启了向现代科技政策演变的转型时期。至此,近代物理所重离子加速器的研发也进入快速发展阶段,经过10年的刻苦攻关,1988年,兰州重离子加速器建成,主要指标达到80年代国际先进水平,为在中国开展中能重离子物理研究创造了条件,并于1992年获国家科技进步奖一等奖。

  如今,兰州重离子加速器不仅仅提高了中国先进离子加速器物理及技术和核物理及相关学科的国际地位,使兰州重离子加速器国家实验室成为国际上重要的重离子研究中心,增强了我国在重离子物理及其交叉学科国际前沿领域的竞争力,而且在交叉学科研究方面也发挥了巨大作用。

  对核物理学家来说,20世纪70年代是一个充满期望的年代。重离子束在核物理中的应用开辟了一系列新的学科领域,如极端条件下的核性质研究、超铀元素合成研究以及高自旋核和远离核的产生等。随着一批大型重离子加速器研制计划相继提出,人们期盼通过对重离子核反应的观察,能够得到更多的关于原子核的信息,对原来的理论框架进行修改和补充。

  在10多年的时间里,近代物理所广大科技人员密切配合,奋力攻关,攻克了一个又一个技术上的难关。进入“九五”,兰州重离子加速器迎来新任务:为满足我国深入开展重离子物理研究的需要,扩建多用途重离子冷却储存环。如2007年兰州重离子加速器冷却储存环建成并投入运行,成为我国高技术领域的一项重大成果。自主设计建造、规模最大、能量最高、可加速全离子,蜿蜒160多米的重离子加速器冷却储存环,与德国的重离子冷却储存环同属世界级的大型核物理实验装置。

  肖国青说,利用重离子加速器取得一系列基础科学成果,比如合成研究20多种新核素并研究其衰变性质,首次测量21种短寿命原子核质量。

  由于在合成新核素领域中取得重大进展,国际原子核的质量评估发布权从法国核谱质谱中心转移至兰州重离子加速器国家实验室。2013年起,国际原子质量评估工作由中科院近代物理所承担,终结了国际原子质量评估工作多年来为法国核谱质谱中心“垄断”的历史。

  肖国青说,目前,依托重离子加速器开展了重离子治疗肿瘤的基础研究和关键技术攻关,使中国成为继美国、德国、日本之后,世界上第四个实现重离子治疗肿瘤的国家;建成了单粒子效应地面模拟实验平台,为卫星和飞船上的航天半导体器件抗辐射性能及其加固提供了关键的测试平台,为航天器的安全运行提供了重要的技术保证;发展了重离子辐照技术,研制成功多种新型材料;利用重离子诱变技术培育出春小麦、甜高粱、当归、瓜果、花卉等作物的优良新品种,微生物新菌种和新药,取得了显著的社会经济效益。

  如在重离子辐照育种研究中,获得了13个小麦新品系,旱地增产幅度超过20%。同时在重离子辐照育种的机理上也提出了新的观点,对进一步开展重离子辐照育种有重要意义。重离子辐照庆大霉素菌种实验,获得了效价提高近200%的有用菌种,为医用抗生素的生产开辟了广阔前景。

  目前,兰州重离子加速器国家实验室采用“开放、流动、联合”的运行机制,已同法国、德国、日本和俄罗斯等世界著名的实验室建立了长期稳定的合作关系,开展了一系列学术交流。

  肖国青说,截至2017年,兰州重离子医疗加速器已在国内首次开展重离子治癌辐射生物学、正常组织耐受剂量学、射线物理学、循证医学、临床应用等系列研究。这对实现国家“人口与健康”战略目标和国家自主产权医疗专用设备的研发具有非常重大的意义。

  历经四十年的风风雨雨,近代物理所的变化也是日新月异,基础建设方面,从扇聚焦回旋加速器(SFC)到分离扇回旋加速器(SSC),再到建设成兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR);队伍建设方面,从建所初期的几十人发展到今天近千人的科研大所;科技成果方面,推陈出新,从开始的基础核物理研究到新核素合成、ADS先导专项、核孔膜、重离子治癌以及承担国际原子质量评估等,成果卓著。肖国青最后说,重离子加速器有着广阔的发展前景,让我们值得骄傲的是,兰州就有5台,成为我国拥有重离子加速器数量最多的一个城市。从全省来看共有6台,其中有4台用于研究,两台作为医用。目前,位于兰州新区的大科学装置科技创新园的规划与建设也正在有条不紊地进行中,该所还计划在兰州新区建设国际最大的检测基地,该基地不但可以检测各类医疗器械,而且还能检测包括电子产品在内的多种器材和仪器。肖国青兴奋地说:“这是一个很大的产业链,从今后的需求来看,全国需要上百台重离子加速器,而生产一台加速器,就涉及500多家企业。”他说,兰州重离子加速器之所以发展得好,最主要的原因是自己在做,专心做科研,一步步发展。今后,我们要走出去,这不仅仅是我们掌握着核心技术,更重要的是,我们还有着自我开发、研究的实力。

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