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兰州重离子加速器: 探秘宇宙惠及民生的“巨龙”

发布时间:2021-06-08  |  编辑:  |  来源:科技日报

      兰州重离子加速器: 探秘宇宙惠及民生的“巨龙”
      走近可以治疗
      癌症的“巨龙”
      近日,我国首台自主知识产权碳离子治疗系统投入临床应用迎来“周岁”,兰州重离子加速器治癌也亮出了成绩单:300多名患者在甘肃武威重离子中心接受治疗,治疗结束的患者疗效显著,耐受性良好。
      “兰州重离子研究装置是目前亚洲能量最高、国内唯一的中低能重离子加速器。但这一大国重器从基础研究走向民生应用,整整用了28年。”中国科学院院士、中国科学院近代物理研究所(以下简称近代物理所)党委书记赵红卫说,这些重大科研成果的取得,离不开65年来几代科学家的接力建设。
      “如果把科研人员比作匠人,兰州重离子加速器提供的束流就是我们手中的‘金刚钻’。”近代物理所核物理中心首席科学家张玉虎研究员说,随着重离子加速器的不断“进化”,科学家们可以源源不断地产出重离子治癌装置、精确测量短寿命原子核质量、合成新核素、培育更优品种的农作物等系列成果。
      “我们一定能建成自己的回旋加速器”
      如果将重离子加速器比作一条巨龙,电子回旋共振离子源是龙头即是发射炮弹的地方,1.7米扇聚焦回旋加速器、大型分离扇回旋加速器、冷却储存环主环和实验环、放射性束流线共同组成了绵延的龙身,各种实验终端应用则是灵活的龙尾。
      走进兰州重离子加速器国家实验室,偌大的展厅中,中国重离子事业奠基人杨澄中院士的雕像居中伫立。对于近代物理所人来说,他们更愿意尊称杨澄中为“杨先生”。
      “‘一五’期间,以杨澄中先生为代表的一批科学家,从北京中关村来到条件非常艰苦的兰州,怀着笃定的信念和创新开拓的决心,建设1.5米回旋加速器。”赵红卫告诉科技日报记者,彼时经历了三年自然灾害以及苏联政府毁合同、撤专家的困境。
      正是杨澄中带领全体工程技术人员,自力更生、攻坚克难,终于在1964年5月,1.5米回旋加速器正式运转,供科学研究使用,为我国原子核物理研究创造了重要的实验条件。
      为使中国重离子物理研究尽快走向国际核物理研究前沿,1972年,时任研究所所长杨澄中等人提出,在兰州建造一台大型分离扇重离子回旋加速器(SSC)。
      “当时国际上重离子物理研究才刚起步,老一辈科学家的前瞻思维和战略眼光为此后发展打开了全新的视角。”赵红卫说。
      时光的脚步来到“七五”,后来成为中科院院士、近代物理所所长的魏宝文,追随老师杨澄中的脚步投身重离子加速器研制中。
      在一穷二白的基础上搞研究,难度可想而知。1975年底,加速器建造方案讨论会召开,魏宝文根据研究结果抛出了令人振奋的结论:“理论基础是可靠的,我们一定能建成自己的回旋加速器。”
      1976年11月,原国家计委批准兰州重离子加速器的建造计划。历经十二载寒暑,老、中、青三代人的努力,终于在1988年岁末建成了我国第一台大型重离子加速器。遗憾的是,杨澄中没有等到这一刻。
      兰州重离子加速器的成功出束,宣告中国建成了继法国、日本之后的第三台大型重离子回旋加速器。1992年,这一重大成果摘得国家科技进步奖一等奖。作为目前国际上运行的三大常温重离子回旋加速器之一,兰州重离子加速器至今已运行30年。
      “到了上世纪90年代中期,魏宝文老师提出在兰州重离子加速器上续建冷却存储环的设想。”身为学生的赵红卫说,老师当时并没有十足把握,只是意识到必须让重离子加速再往前走一步,提高束流强度和能量,拓展束流品种。
      于是,魏宝文带领三个研究生,包括后来成为院士的夏佳文、赵红卫等做预研,并证明了项目的可行性。2000年,兰州重离子加速器冷却储存环(CSR)建设被列为国家“九五”大科学工程之一。
      时任所长,后来成为中科院院士、中科院副院长的詹文龙担任工程经理,从魏宝文手中接过棒,带领一批优秀的年轻人,开启了十年的接续奋斗。
        2008年,兰州重离子加速器冷却储存环建成并投入运行,它实现了从氢到铀的全离子加速,完成了从低中能向高能的跨越,成为世界级的大型核物理实验装置、国际一流的重离子科研平台。
      令人振奋的是,兰州重离子加速器冷却储存环能让上亿个重离子同步运行,自主研制率逾90%。
      敲开原子核,探寻宇宙奥秘
      历经“1.5米经典回旋加速器”“兰州重离子研究装置”和“兰州重离子加速器冷却储存环”三代国家大科学工程建设, 兰州重离子研究装置在国内外声名鹊起,也培养了一批本领过硬、潜心科研的人才。
      人类探索星空的脚步从未停歇,好奇心驱使着人类一次次仰望星空,一步步接近宇宙和科学的奥义。然而,我们对浩瀚的宇宙还知之甚浅,比如,比铁更重(包括铁在内)的元素的起源、产生的途径缺乏科学数据的支撑,所以,宇宙天体演化形成过程虽然绚烂,但却扑朔迷离,依然存在大量未知。
      “科学家要拿极低截面——发生概率很低的实验数据去解释一些国际前沿科学问题,这就要发展更先进的实验技术和探测方法。”近代物理所加速器技术中心副主任孙良亭研究员解释说,为拿到更多的有用数据、提高实验

 

 

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