刷新多项世界纪录！这一大国重器，有望合成中国人自己的新元素
◎ 科技日报记 者 叶青
在广东惠州稔平半岛，几座红色建筑拔地而起，其中两座尤为引人瞩目：一个形如圆角三角形，一个好似巨型操场跑道。地下13米深处，还藏着一条两公里长的隧道。这里安放着的，正是国家重大科技基础设施—— 强流重离子加速器装置（HIAF）。
7月21日，HIAF顺利通过工艺验收。验收专家组一致认为， HIAF综合性能达到国际同类装置领先水平，实现了我国强流重离子加速器装置跨越发展。 至此，这项工程的所有建设内容都已收官，装置正式进入试运行，并开始向科学研究敞开大门。
“HIAF是世界首台把超导直线加速器、同步加速器和储存环集于一体的先进重离子研究装置。”中国科学院近代物理研究所副所长、强流重离子加速器总工程师杨建成介绍。 它提供目前国际上脉冲流强最高的重离子束流，配有精度最高的核质量环形谱仪，为核科学前沿和重离子重大应用提供一流的研究平台。
HIAF航拍图。受访单位供图
创新提出六维相空间涂抹新方案
HIAF到底是什么？杨建成打了个比方： 它既是“超级显微镜”，又是“离子大炮”。
通俗点说，重离子加速器就是用人工办法造出高速离子束流，让它们精准轰击靶材，撞出大量粒子碎片。科学家再分析这些碎片，就能层层剥开物质内部的微观结构。
早在20世纪80年代，我国就建成第一台大型重离子加速器——兰州重离子加速器。为什么还要建HIAF？杨建成笑着说：“随着科学研究不断向极微观深入、向极端条件迈进，建造高性能、高流强重离子加速器，已成为推动核科学前沿发展的迫切需求。”
中国科学院近代物理研究所于2009年提出建设HIAF的构想。 2018年12月，HIAF在惠州正式启动建设，并于2025年10月首次成功出束。
整个装置的起点，藏在地下13米深处，那里有一套超导离子源。它的工作是把原子的部分电子剥掉，让原子变成带电离子，并先给它们初始能量。
新一代加速器最核心的指标就是“高流强”。 如何让离子源产生更强的束流，也是当前国际上研究的焦点。“这是我们自研的国际首台第四代超导电子回旋共振（ECR）离子源。”加速器技术中心加速器总体室负责人申国栋指着一台白色大机器告诉记者， “团队将微波频率提升到45吉赫兹，创造了国际ECR离子源最高流强纪录。”
这台离子源采用的脉冲束流运行模式，通过精确的时序控制，让离子束在最佳条件下实现瞬时引出。“这一过程如同精确调控发动机油门与点火时序，使离子束在‘起跑瞬间’即达到最优工作状态。”申国栋说。
创新远不止于此。要把大量粒子累积到超高流强，还得让它们保持整齐不乱——这可是世界级难题，国际上20余年来无重大突破。而团队提出的 “六维相空间涂抹+独立时钟堆积” 全新方法， 不仅把过去局限于二维空间的注入方式拓展到六维，还打破周长比限制。