中科院立大功！我国又添“国之重器”，连日本人都跟着验证了一次

一次十个粒子，撬动了一次国际同行的点头。

广东惠州一台刚投入试运行没多久的国产大装置，从茫茫粒子海洋里钓出了十个从未被人类记录过的稀有原子核，紧接着日本理化学研究所也独立报出了几乎一样的结果。

这台国之重器，就是坐落在惠州稔平半岛上的强流重离子加速器装置，圈内人管它叫HIAF。

这十个铪-153原子核被中日同期发表、两方数据对得上号。

宇宙浩瀚无穷，但几乎所有的可见物质都是由原子构成的,也就是100多种元素。

原子还可以分解为电子和原子核,其中原子核的质量占到了原子质量99.9%以上,但它的体积却不到原子的千万亿分之一。宇宙的奥秘似乎被囚禁在一颗小小的原子核内。

位于广东惠州、由中国科学院近代物理研究所正在建设的强流重离子加速器装置,目标就是打破原子核,研究宇宙起源的奥秘。所谓离子,就是原子核外的电子剥离所形成的带正电的原子;重离子通常指质量数大于四的粒子。

铪-153，本质上就是元素周期表里第72号元素铪的一种特殊版本。原子核好比乐高积木，质子和中子的搭配方式一变，就成了不同的型号。

铪-153属于中子偏少的那一类重核，寿命短、产量低，此前没有任何实验室能亲眼看到它。中科院近代物理研究所的科研人员，把铋-209离子束打在石墨靶上，让原子核碎裂重组，再靠一整套精密谱仪把想要的目标从碎片里筛出来。

通过高精度环形谱仪，利用等时性质谱技术进行测量，共观测到10个铪-153离子。对科学家而言,粒子加速器就像士兵手上的炮弹,有两个重要参数:能量和流强。

能量相当于炮弹的射程,流强相当于发射的密度。加速能力越强,探索原子核内部微观结构的能力就越强。

团队估算出的产生截面在皮巴量级，被撞出来的概率低到近乎运气。HIAF偏偏就凭一次开机热身，把它逮住了。

日本理化学研究所独立报道的铪-153观测结果，与中方数据相互印证，等于给中方成果打了一个含金量极高的背书。相关成果以短通讯形式发表于国际学术期刊《科学通报》。

合作方还包括德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心、德国科隆大学等，这本身就说明国际科学圈对这套装置的兴趣有多浓。

HIAF在坊间被叫作超级显微镜，它把带电粒子加速到接近光速，再让粒子高速对撞，用来看原子核最深处的样子，是目前全球规模最大的全离子加速器。束线总长2公里，包含约6000台套大型设备、500万个零部件、150万米工艺管线。

这台装置采用强流超导直线进行预加速,再注入到同步主加速器中,加速到每秒上千万G的速度,引出到各终端开展实验。一个质子的质量约是电子的1800多倍,重离子由很多质子和中子构成,质量比电子大很多,所以设备也要比加速电子的同步辐射光源大得多。

在HIAF束流工艺测试中，典型氧离子束与铋离子束流强指标均优于工程设计指标，刷新了国际重离子束脉冲流强新纪录，分别将原国际最高指标提高了3倍和7.5倍。

HIAF可加速元素周期表中从氢到铀全部离子种类，全装置共实现9项核心技术指标突破，3项关键技术为国际首创。装置的一个实验终端是充气反冲核谱仪,用于超重新核素以及超重新元素的合成。

自然界存在的最重元素是92号元素铀,比铀更重的元素都是通过人工核反应在实验室合成的,目前已合成到118号元素。原子核由质子和中子构成,既有核力把它们粘在一起,也有电磁排斥力从中作梗。

质子和中子数量大概在1比1才能稳定,否则就会发生放射性衰变。质量反映了原子核结合的紧密程度,通过精确测量质量,可以研究核力,也有助于理解爆发性天体过程中的能量来源。

最让科研老兵们感慨的，是背后一段憋屈往事。加速器里一个核心部件——大尺寸纳米晶软磁合金磁环，全球此前只有日本一家能造，人家不但不卖，还严防死守。

团队走过弯路，试过绕道德国代购，全被卡住，只好一头扎进自研。自研磁环性能超过日本同类产品，价格反倒便宜了一半；真空室做到了0.3毫米超薄壁，相当于三张A4纸叠起来的厚度，是同类加速器里的世界之最。

依托自主研发的大规模加速器集群控制系统，HIAF实现16小时2公里束线全线贯通，核心软硬件国产化率达100%。中国科学院近代物理研究所前身1950年在北京成立,当时完全是为两弹服务的,钱三强是最早成立的这批人之一。

1956年提出在兰州建立原子核研究点。1957年老所长从北京带一批人到兰州建立了近代物理研究所。

最初是苏联援建的回旋加速器;1976年又建新一代重离子加速器;2008年建成冷却储存环。这台加速器还能助力应用研究。

用重离子辐照材料,可以模拟材料的辐照损伤情况,也可以创制新材料,比如大幅提升超导材料的载流性能,制备世界上最黑的可控超黑材料,以及用于聚变堆和裂变堆防护的金属材料。

这些年最重要的成果之一是重离子治疗癌症,把碳离子加速到光速的70%以上,相当于穿甲弹穿过组织时不爆破,到肿瘤位置精准爆破杀死肿瘤细胞,对正常组织损伤较小。国内早期版本已有十几台,四五个医院在运行,已治疗2000多个病例。

世界现在最小的重离子治疗癌症加速器占地约1000多平米。HIAF未来在基础研究领域将主攻三大科学目标：探索原子核存在极限，有望率先开启元素周期表第八周期；揭示核天体物理过程，为宇宙重元素起源提供直接实验证据；高精度测量短寿命原子核质量。

开启第八周期，就是尝试合成119号、120号新元素。从人家不卖到自己造得更好，这一步走得漫长，但站稳之后，脚下就是国际科研版图上的第一梯队。