今年建成！《三体》里的粒子加速器，原型之一就在惠州
三体世界为了征服地球文明，派出两个智子到达地球，通过干扰粒子加速器的研究，将地球文明的科学锁死在现有水平。因为，粒子加速器有助于通过对物质深层结构的探索，实现基础科学的突破，进而促进人类科学诸多领域的新发展……
这是科幻小说《三体》的故事情节，有关星际文明对抗的内容纯属虚构。但里面提到的粒子加速器，地球上真有这种东西吗？
答案是：真的有。而且，它的确关乎地球基础科学的重大突破。
目前，位于广东省惠州市一片滨海的深山里，一台总体性能世界最先进的强流重离子加速器正在建造，预计2025年建成。
为什么选址在惠州？
1月的岭南，虽然已过小寒节气，惠州市惠东县黄埠镇的一处山上，依然是郁郁葱葱、碧树成荫。亚热带气流从海上吹来，越过几百米的滨海地带，随后拂过这片山头，为这里的树木和植被带来湿润的空气。
这里是国家两大科学装置的项目建设现场，两大装置即强流重离子加速器（HIAF）、加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）。前者主要为研究原子核存在极限、宇宙中重元素起源、核技术重大应用等重大科学和技术问题提供重要支撑，后者主要为核能可持续发展和先进核能研发提供技术支撑。
从远处望去，项目主体建筑已完工，以红色为主基调的建筑群非常醒目。不少工人在完善配套设施建设，工程车一辆接一辆穿梭往来。进入HIAF主体设备位于地下12米深处的隧道中，工人们正在安装科研设备，科研人员仔细检测相关设备，以保障运行后束流的正常。
HIAF工程师王儒亮介绍，HIAF土建施工基本完成，目前主要是在做室外工程的收尾工作。工艺设备安装完成了约90%，现在主要集中开展各系统间工艺设备的测试调试工作。
这两大科学装置是“十二五”国家重大科技基础设施，也是国内为数不多的两个紧密相连的大科学装置“双子星”，总投资约68亿元，于2018年启动建设。其中，HIAF项目将建设成为国际上低能连续束流和高能脉冲束流强度最高的重离子加速器装置，CiADS将成为国际上第一个兆瓦级ADS（加速器驱动次临界系统）研究装置。
为什么国家两大科学装置会选址惠州？
中国科学院近代物理研究所党委书记、副所长、东江实验室常务副主任胡正国介绍，由于这两大科学装置对地质的稳定性、研究的便利性、经济和人才支撑等有很高的要求，该所从2009年开始选址，从西北到内蒙、山东、江苏等地，一直考察到广东，最后将项目的装置区落址在惠州市惠东县黄埠镇的一处滨海区。
黄埠镇位于惠州市东南角，属于滨海区域，且选定建设项目的具体位置地质稳定。加上惠州所处的粤港澳大湾区正在建设国际科技创新中心，各类人才丰富、经济发达，有助于两大科学装置推进科技成果转化。当然，项目建设需要地方的大力支持，惠州作为万亿级工业大市实力雄厚。综合这些因素，以及广东省和惠州市的积极争取，使得两大装置最终选址在惠州。
“我们2008年提出建设两大科学装置，从2009年到2014年，组织了多次论证，考察了很多地方，花了五年时间才选好地址。”胡正国介绍，2014年，两大科学装置正式确定落地惠州，2018年开始动工建设。
如今，两大装置位于黄埠的装置区正在加快推进建设，HIAF预计今年建成，CiADS很多设备也在陆续安装，预计2027年建成。
研究什么？
那么，这两大科学装置到底是做什么研究的？具体有什么用途？
据了解，HIAF采用超导离子直线加速器和环形同步加速器相结合，是多用途的重离子科学研究装置。依托HIAF，有可能在元素合成、宇宙起源、物质演化等基础物理研究方面取得重大发现。
胡正国介绍，HIAF建成后，它的脉冲流强将是国际上最强的，科学家可以利用重离子束流以接近光速的速度做实验。比如，目前的元素周期表最后一个元素已经排到118号，包括118号在内位于元素周期表末端的一些元素，基本上都是通过加速器人工合成的。这种人工合成的新元素也可以说是新物质，虽然寿命很短，但它是国际最前沿的科学研究，可以拓展人类知识，有助于研究宇宙的起源和形成，在基础科学研究领域具有非常重要的意义。
在HIAF的隧道中，记者来到一片源头区域。工作人员介绍，就是从这里产生粒子，然后加速的。王儒亮进一步解释，在加速器主体设备中，离子源将为BRing提供多种注入离子。其产生的粒子束通过超导直线预加速以后，将注入到BRing环形加速器中，BRing将重离子束流累积到实验所需要的高流强，并采用磁合金高频系统将累积储存的重离子束流加速至所需要的能量。
以此为基础，HIAF可以做很多研究。比如，着眼于国家重大需求，它可以解决航天方面的重要试验。胡正国介绍，宇宙中的射线主要是质子和重离子，一个高能量的重离子打到航天器电子元件或芯片上，就可能把它打坏。如何做好防护？这就需要在地面通过重离子加速器做模拟试验，以确保有关设施设备在太空的安全性。
CiADS则聚焦核废料的处理和核燃料的稳定供应两个重大问题。从全球来看，目前处理核废料普遍采用深埋的方式，由于它的寿命是几十万年，这对地质地理环境提出极高的要求。因此，上个世纪八九十年代，国际上有学者提出，通过一种科学装置将核废料的寿命减少到几百年甚至更短，后续再进行处理相对就更容易、更安全多了。将核材料从长寿命变成短寿命，这个过程叫“嬗变”。
尽管理论已经提出来了，许多国家也想做出这种装置。但真正把这种装置做成实物的，只有中国目前在建的CiADS。
另外，在开拓核原料方面，这个装置也有巨大的作用。目前，核电站的原料是铀235，但它在自然界很少。铀在自然界存在最多的是铀238，约占99.3%。这个装置可以通过质子轰击散裂靶产生中子，用中子跟铀238发生核反应，然后把它嬗变成钚239。由于钚239也是裂变核素，这样就极大地提升了核燃料的利用率。
胡正国介绍，CiADS项目将建设成国际上第一个ADS系统研究装置，建成后，将满足我国长寿命高放核反应堆废料安全、妥善处理处置的研究需求，为我国核能可持续发展提供技术支撑，为未来商用加速器驱动先进核能系统探索和验证可行、优化的技术路线。这方面的研究中国走在全球最前面，有可能是最先提出解决办法的。
可能影响哪些产业？
从元素合成到核材料研究，国家两大科学装置似乎离普通人的日常生活非常遥远。但实际上，它们的应用前景非常广阔。
在去年11月举行的中国物理学会、中国核学会粒子加速器分会第十二次全国会员代表大会暨学术交流会期间，中国工程院院士夏佳文介绍，大科学装置是新原理、新方法、新技术、新工艺等的创新摇篮，由大科学装置派生出来的核科学技术已经广泛应用于国防、工农业生产和生命健康等领域。
以HIAF为例，它的一个很重要的应用领域就是医学治疗。通过重离子加速器，把碳离子的速度加速到接近光速的70%，它就可以穿透人体组织约30厘米，这个深度对治疗人体来说足够用。这样一来，就可以把重离子送到肿瘤的位置实现“定向爆破”，它对正常细胞的损伤很小。因此，和传统的化疗、放射疗法相比，这种治疗方法优势明显。
胡正国介绍，目前，上海、兰州、武威、武汉等地都有这样的重离子治疗装置，既有进口的，也有中国科学院近代物理研究所研发的。目前惠州在建的新一代重离子治疗装置将更加先进，它使用的环形同步加速器周长是35米，而第一代国产同类设备的周长是56米。以前一台设备匹配3-4个病房，惠州的新设备可以匹配十几个病房，将大幅提升效率。
另外，对于扩散性的肿瘤，两大科学装置可以生产放射性同位素，并做成靶向药，把它带到肿瘤的位置进行内部照射，进而杀死肿瘤细胞。但同位素价格非常贵，一个病人单用同位素药可能就要几十万元。因此，从全球来看，这种同位素药具有巨大的市场，作为医疗产业有着广阔的市场前景。
不只是医疗产业，在水果保鲜领域，两大科学装置同样可以催生新兴产业。胡正国介绍，目前水果保鲜大多靠冷链，而通过核孔膜材料来保鲜可以延长大约一周时间。这种膜是用重离子在薄膜上打孔，因为孔足够小，水分子在里面出不来，但可以透气，保鲜效果非常好。去年，山东一家企业单卖这种核孔膜材料的保鲜纸箱就卖了数亿元。目前，这种材料用的是中国科学院近代物理研究所的技术，只在兰州生产，今后惠州也可以生产，而且效率会更高，技术更先进，同样会是一个大产业。
此外，两大装置在装备制造业、辐照杀菌等领域，都有广阔的应用场景。为进一步加强成果转化，惠州市已建设先进能源省实验室，推动惠州的能源产业大发展。
惠州市科技局有关负责人介绍，先进能源省实验室是广东省第三批省实验室，由惠州市政府主建，中国科学院近代物理研究所牵头承建，它将聚焦国家能源领域中长期战略目标和广东省能源重大需求。按照规划，惠州将依托现有产业基础，以及两大科学装置、先进能源省实验室等重大科研平台，大力发展新能源产业，创建大湾区能源产业创新中心。
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“一定要开放合作”
“在重离子、核物理基础研究领域，我们很多方面还是和国际并跑，位于惠州的国家两大科学装置建成后我们在很多领域会实现领跑。”胡正国信心满满地说。
从高空俯瞰，两大科学装置位置相邻，建筑风格一致，两者巧妙地融为一体。胡正国解释，两大科学装置挨在一起有很多好处，比如可以共享很多技术，方便从事科研。将来还可以连接起来用，通过CiADS装置产生放射性束流，再放到HIAF中加速，国际上很多国家都想发展这种装置，真正做成的只有中国。
目前，粤港澳大湾区正在加快建设国际科技创新中心。而人才是第一资源，如何吸引更多高端人才来大湾区从事科研活动？国家两大科学装置将发挥重要作用。
胡正国透露，国家两大科学装置启用之后，会根据国家政策将基础研究所涉及的部分对国际开放。届时，仅中国科学院近代物理研究所派来的科研人员和研究生，就可能达到约1000人，如果加上国内国际前来搞科研的专家学者，总共估计会有1500人左右。
他认为，近现代科学西方历史悠久、积淀深厚，中国虽然发展得快，但整体的科学素养和水平和西方相比还是有差距。如果有国际一流的科学家来两大装置从事科研交流，对于提升中国的科学水平是有帮助的，所以一定要开放合作。
此前，南方日报记者曾前往德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心采访。时任技术转移部负责人Tobias Engert博士介绍，该中心有一个项目叫FAIR（Facility for Antiproton and Ion Research，反质子和离子研究装置），它和中国惠州目前在建的HIAF类似，都是加速器装置，借助它可以做很多高难度的实验。同样地，德国的FAIR也是开放的平台，为来自全球50多个国家的科学家提供研究机会。
采写：南方+记者 刘光明宝
图片：南方+记者 王昌辉股票里面怎么加杠杆