兰州重离子加速器（用来加速比α粒子重的加速器）

简介

HIRFL-CSR工程是兰州重离子加速器(HIRFL)的扩建工程，工程总投资2.935亿元，建设周期5年。其科学目标是在放射性束物理，特别是滴线核的研究；高温高密度条件下核物质性质研究；高离化态高Z原子物理研究以及高品质重离子束和放射性束应用研究(交叉学科)等4个方面取得一批具有国际先进水平的成果，使中国在国际重离子物理前沿继续占有一席之地。与此同时，通过该工程的建设，促进中国相关的高科技工业，如加速器相关技术、超高真空和电子冷却等的发展。

建设历程

20世纪60年代以来，随着重离子加速器的发展，原子核物理开拓了一个蓬勃发展的新领域——重离子物理。在其它学科，如原子物理、材料科学、生命科学、新能源研究、天体物理等领域，重离子束亦显示出日益重要的应用前景并形成了重要的交叉学科。为使我国在重离子物理的前沿领域占有一席之地，由国家投资建设了兰州重离子加速器（HIRFL）。经过三个大科学工程的建设及多次改进，兰州重离子加速器现已经发展成为我国能量最高、规模最大的重离子研究，它由电子回旋共振（ECR）离子源、1.7米扇聚焦回旋加速器（SFC）、大型分离扇回旋加速器（SSC）、新建的冷却储存环(CSR)主环和实验环、放射性束流线、实验终端等主要设施组成。

近代物理所于20世纪60年代初建成了1.5米经典回旋加速器，通过轻核反应实验研究，为中国氢弹研制作出了贡献。70年代初，在国际重离子物理迅猛发展的形势下，将1.5米回旋加速器改建成能加速较轻重离子的加速器，在中国率先开展了低能重离子物理基础研究。

1976年11月，中国国家计委批准由近代物理所负责设计建造兰州重离子加速器的主加速器系统，主要建设一台大型分离扇回旋加速器及几个实验终端。同时，由中科院匹配经费把原1.5米回旋加速器改建成1.7米扇聚焦回旋加速器作为注入器。兰州重离子加速器的主加速器SSC和注入器SFC于1988年建成，其主要技术指标达到当时国际先进水平，1992年获国家科技进步一等奖。SSC与SFC联合运行，可以把重离子加速到中等能量，用以开展远离稳定线新核素合成、中低能重离子碰撞和热核性质、重离子束应用等研究。

1991年8月，原国家计委批准成立兰州重离子加速器国家实验室，向国内外开放。1997年在主加速器SSC上建成具有创新结构的中能放射性束流线（RIBLL），为我国开展放射性束物理研究创造了条件；2006年具有国际领先水平的超导高电荷态ECR离子源建成并投入运行，使HIRFL的束流强度显著提高；再加上一批改造项目的实施，使HIRFL的运行水平进入国际先进行列。

为使我国重离子物理研究继续在部分前沿领域保持国际先进性，同时深入开展重离子治疗肿瘤等交叉学科研究，近代物理研究所经过多年的预研及反复论证，并结合中国国情，提出了在HIRFL上扩建多用途的冷却储存环（CSR）工程。CSR作为国家“九五”重大科学工程，于1997年6月经国务院科技领导小组审议通过，2000年4月经国家发改委批准开工建设，2008年7月通过国家验收，正式投入运行。CSR突出的创新点是，高品质同步环和大接受度实验环双环运行，并配以空心电子束冷却，大幅度提高了束流累积效率、重离子束的能量、流强和束流品质，使一些极端条件下的高精度测量成为可能。工程建设坚持自主创新，自行研制的设备超过70%，在超高真空、磁铁及其电源的设计加工、自动控制等方面都达到了国际同类装置的先进水平。CSR的投入使用为中国重离子核物理、放射性束物理、高离化态原子物理、核天体物理、强子物理等基础研究，以及生命科学、材料科学、航天科技等应用研究提供了先进的实验条件，2012年获国家科技进步二等奖。

优点

HIRFL-CSR以最经济的性能价格比，将放射性束与高品质重离子束技术相结合，并适当提高束流能量，具有束流能量范围宽(低、中能及高能低端)、束流种类多(短寿命丰中子、丰质子放射性核束，特别是远离稳定线的具有极短寿命的滴线核束，同质异能态核束以及高离化态重离子束)、束流品质高、准连续运行、能量可调等优点，并可用作高灵敏、高分辨谱仪。

HIRFL-CSR建成后，与德国GSI、法国GANIL和日本RIKEN等同属世界级的先进装置。这个大科学工程建成后，将为中国核物理、强子物理、原子物理和高能量密度物理的基础研究和重离子辐照材料、生物(重离子治癌)及空间辐射等应用研究提供先进的实验条件。

意义

兰州重离子加速器的建成，大大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。近代物理所依托兰州重离子加速器取得了以首次合成25种新核素特别是两种超重新核素为代表的一批原始创新成果，实现了我国新核素合成零的突破，并开始了超重新元素探索研究的征程；核结构、重离子碰撞和热核性质研究进入国际前沿；从理论和实验两方面对重离子碰撞及热核性质的同位旋相关性研究，获得重要成果；HIRFL-CSR实验环高精度原子核质量测量进入国际先进行列，在等时性工作模式下完成了高精度核素质量测量，所获数据在天体核物理研究中具有重要意义。

作用

兰州重离子加速器在交叉学科研究方面也发挥了巨大作用。依托该装置开展了重离子治疗肿瘤的基础研究和关键技术攻关，先后建成浅层和深层治疗肿瘤终端，临床试验治疗肿瘤研究取得了显著疗效，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。