蘭州重離子加速器

HIRFL-CSR工程是蘭州重離子加速器(HIRFL)的擴建工程，工程總投資2.935億元，建設週期5年。其科學目標是在放射性束物理，特別是滴線核的研究；高温高密度條件下核物質性質研究；高離化態高Z原子物理研究以及高品質重離子束和放射性束應用研究(交叉學科)等4個方面取得一批具有國際先進水平的成果，使中國在國際重離子物理前沿繼續佔有一席之地。與此同時，通過該工程的建設，促進中國相關的高科技工業，如加速器相關技術、超高真空和電子冷卻等的發展。

20世紀60年代以來，隨着重離子加速器的發展，原子核物理開拓了一個蓬勃發展的新領域——重離子物理。在其它學科，如原子物理、材料科學、生命科學、新能源研究、天體物理等領域，重離子束亦顯示出日益重要的應用前景並形成了重要的交叉學科。 為使我國在重離子物理的前沿領域佔有一席之地，由國家投資建設了蘭州重離子加速器（HIRFL）。經過三個大科學工程的建設及多次改進，蘭州重離子加速器現已經發展成為我國能量最高、規模最大的重離子研究，它由電子迴旋共振（ECR）離子源、1.7米扇聚焦迴旋加速器（SFC）、大型分離扇迴旋加速器（SSC）、新建的冷卻儲存環(CSR)主環和實驗環、放射性束流線、實驗終端等主要設施組成。

近代物理所於20世紀60年代初建成了1.5米經典迴旋加速器，通過輕核反應實驗研究，為中國氫彈研製作出了貢獻。70年代初，在國際重離子物理迅猛發展的形勢下，將1.5米迴旋加速器改建成能加速較輕重離子的加速器，在中國率先開展了低能重離子物理基礎研究。

1976年11月，中國國家計委批准由近代物理所負責設計建造蘭州重離子加速器的主加速器系統，主要建設一台大型分離扇迴旋加速器及幾個實驗終端。同時，由中科院匹配經費把原1.5米迴旋加速器改建成1.7米扇聚焦迴旋加速器作為注入器。蘭州重離子加速器的主加速器SSC和注入器SFC於1988年建成，其主要技術指標達到當時國際先進水平，1992年獲國家科技進步一等獎。SSC與SFC聯合運行，可以把重離子加速到中等能量，用以開展遠離穩定線新核素合成、中低能重離子碰撞和熱核性質、重離子束應用等研究。

1991年8月，原國家計委批准成立蘭州重離子加速器國家實驗室，向國內外開放。1997年在主加速器SSC上建成具有創新結構的中能放射性束流線（RIBLL），為我國開展放射性束物理研究創造了條件；2006年具有國際領先水平的超導高電荷態ECR離子源建成並投入運行，使HIRFL的束流強度顯著提高；再加上一批改造項目的實施，使HIRFL的運行水平進入國際先進行列。

為使我國重離子物理研究繼續在部分前沿領域保持國際先進性，同時深入開展重離子治療腫瘤等交叉學科研究，近代物理研究所經過多年的預研及反覆論證，並結合中國國情，提出了在HIRFL上擴建多用途的冷卻儲存環（CSR）工程。CSR作為國家“九五”重大科學工程，於1997年6月經國務院科技領導小組審議通過，2000年4月經國家發改委批准開工建設，2008年7月通過國家驗收，正式投入運行。CSR突出的創新點是，高品質同步環和大接受度實驗環雙環運行，並配以空心電子束冷卻，大幅度提高了束流累積效率、重離子束的能量、流強和束流品質，使一些極端條件下的高精度測量成為可能。工程建設堅持自主創新，自行研製的設備超過70%，在超高真空、磁鐵及其電源的設計加工、自動控制等方面都達到了國際同類裝置的先進水平。CSR的投入使用為中國重離子核物理、放射性束物理、高離化態原子物理、核天體物理、強子物理等基礎研究，以及生命科學、材料科學、航天科技等應用研究提供了先進的實驗條件，2012年獲國家科技進步二等獎。

2022年，中科院近代物理研究科研人員及其合作者依託蘭州重離子加速器大科學裝置開展了質子滴線核磷-26衰變性質的高精度測量, 發現了β衰變中最強同位旋混雜現象。 ^[2] 

HIRFL-CSR以最經濟的性能價格比，將放射性束與高品質重離子束技術相結合，並適當提高束流能量，具有束流能量範圍寬(低、中能及高能低端)、束流種類多(短壽命豐中子、豐質子放射性核束，特別是遠離穩定線的具有極短壽命的滴線核束，同質異能態核束以及高離化態重離子束)、束流品質高、準連續運行、能量可調等優點，並可用作高靈敏、高分辨譜儀。

HIRFL-CSR建成後，與德國GSI、法國GANIL和日本RIKEN等同屬世界級的先進裝置。這個大科學工程建成後，將為中國核物理、強子物理、原子物理和高能量密度物理的基礎研究和重離子輻照材料、生物(重離子治癌)及空間輻射等應用研究提供先進的實驗條件。

蘭州重離子加速器的建成，大大提高了中國先進離子加速器物理及技術和核物理及相關學科的國際地位，使蘭州重離子加速器國家實驗室成為國際上重要的重離子研究中心，增強了我國在重離子物理及其交叉學科國際前沿領域的競爭力。近代物理所依託蘭州重離子加速器取得了以首次合成25種新核素特別是兩種超重新核素為代表的一批原始創新成果，實現了我國新核素合成零的突破，並開始了超重新元素探索研究的征程；核結構、重離子碰撞和熱核性質研究進入國際前沿；從理論和實驗兩方面對重離子碰撞及熱核性質的同位旋相關性研究，獲得重要成果；HIRFL-CSR實驗環高精度原子核質量測量進入國際先進行列，在等時性工作模式下完成了高精度核素質量測量，所獲數據在天體核物理研究中具有重要意義。

蘭州重離子加速器在交叉學科研究方面也發揮了巨大作用。依託該裝置開展了重離子治療腫瘤的基礎研究和關鍵技術攻關，先後建成淺層和深層治療腫瘤終端，臨牀試驗治療腫瘤研究取得了顯著療效，使中國成為繼美國、德國、日本之後，世界上第四個實現重離子治療腫瘤的國家；建成了單粒子效應地面模擬實驗平台，為衞星和飛船上的航天半導體器件抗輻射性能及其加固提供了關鍵的測試平台，為航天器的安全運行提供了重要的技術保證；發展了重離子輻照技術，研製成功多種新型材料；利用重離子誘變技術培育出春小麥、甜高粱、當歸、瓜果、花卉等作物的優良新品種，微生物新菌種和新藥，取得了顯著的社會經濟效益。 ^[1]