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專訪：蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)建設(shè)的重大意義

7月30日，國家重大科學(xué)工程蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)成功通過了國家驗收，科學(xué)時報記者就此訪問了中國科學(xué)院副院長、蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)項目負(fù)責(zé)人詹文龍。
    記者：蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL-CSR）項目工程的科學(xué)目標(biāo)是什么？
    詹文龍：蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)是一項主攻基礎(chǔ)科學(xué)研究、同時兼顧應(yīng)用科學(xué)研究的重大科學(xué)工程，其科學(xué)目標(biāo)是：為我國開展強子物質(zhì)相互作用、極端條件下原子核性質(zhì)特別是放射性束物理、高離化態(tài)高Z原子物理、高能量密度物理（重離子驅(qū)動慣性約束核聚變新能源前期研究）等基礎(chǔ)研究，以及重離子束在生命科學(xué)、材料科學(xué)、航天科學(xué)等交叉領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供先進的實驗條件和新的科學(xué)機遇，取得一批具有國際先進水平的成果，促進我國相關(guān)戰(zhàn)略高技術(shù)的發(fā)展，使我國在重離子物理及其交叉學(xué)科國際前沿領(lǐng)域的激烈競爭中繼續(xù)占有一席之地，并實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
    記者：能否介紹一下該工程建設(shè)有什么科學(xué)背景？
    詹文龍：1988年，中科院近代物理研究所建成了我國**臺大型重離子研究裝置——蘭州重離子加速器（HIRFL），不僅為我國的中能重離子物理基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究提供了重要的實驗條件，而且標(biāo)志著我國的回旋加速器技術(shù)已經(jīng)進入了國際先進行列。該裝置1992年獲國家科技進步獎一等獎。1992年成立蘭州重離子加速器國家實驗室，向國內(nèi)外開放。
    該裝置建成后，運行效率不斷提高，*近幾年每年運行6000個小時左右。20年間，來自國內(nèi)多家科研單位、高等院校以及國外實驗室的科學(xué)家，利用該裝置提供的多種不同種類和不同能量的重離子束流，完成了數(shù)百項物理實驗，取得了以新核素合成和研究為代表的具有國際先進水平的重要成果，顯著提高了我國在國際核物理學(xué)界的學(xué)術(shù)地位，并在其前沿領(lǐng)域的激烈競爭中占有了一席之地。
    為使我國中能重離子物理研究繼續(xù)在部分前沿領(lǐng)域保持國際先進性，同時深入開展重離子治癌等應(yīng)用研究，近代物理研究所和蘭州重離子加速器國家實驗室經(jīng)過5年多的預(yù)研及反復(fù)論證，并結(jié)合我國國情，提出了在HIRFL上擴建多用途重離子冷卻儲存環(huán)（CSR），即建設(shè)HIRFL-CSR工程的計劃。經(jīng)過多次論證，HIRFL-CSR作為國家“九五”重大科學(xué)工程，于1997年6月經(jīng)國務(wù)院科技領(lǐng)導(dǎo)小組審議通過，2000年4月國家發(fā)改委批準(zhǔn)開工建設(shè)。
    記者：能否舉一些實例說明工程建設(shè)的科學(xué)意義？
    詹文龍：放射性束及核物質(zhì)性質(zhì)研究——物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和束縛機制是什么？恒星的演化和命運是什么？我們每天消耗的能量從哪里來？這些重要的、看似毫不相關(guān)的問題都和原子核密切相關(guān)。在實驗室，尋找這些問題答案的**途徑就是核—核碰撞。HIRFL-CSR是國際上研究這些問題為數(shù)不多的裝置之一，它所提供的束流種類、能量和強度可以為人類了解核子之微和宇宙之巨提供良好的實驗條件。
    高精度質(zhì)量測量——質(zhì)量是物質(zhì)*基本的性質(zhì)。原子核質(zhì)量的**測量，能提供核結(jié)構(gòu)的本質(zhì)信息，深化人們對核物質(zhì)的了解，對自然科學(xué)各領(lǐng)域都有重要意義。實驗環(huán)（CSRe）既是一個冷卻儲存環(huán)，也是一個超高靈敏度、高精度磁譜儀，**測量原子核（特別是短壽命的放射性核素）的質(zhì)量是其主要設(shè)計目的之一。2007年底，在CSRe上已經(jīng)實現(xiàn)了等時性模式下的質(zhì)量測量，使蘭州重離子加速器國家實驗室成為國際上繼德國重離子研究中心（GSI）之后**家具備這種能力的實驗室。
    重離子治癌——與常規(guī)射線相比，重離子束在物理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上具有一系列獨特的優(yōu)勢，適宜于**未擴散的局部腫瘤，在國際上被譽為21世紀(jì)*理想的放療用射線。
    HIRFL-CSR的建成，大大提高了我國先進離子加速器物理及技術(shù)和核物理及相關(guān)學(xué)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(xué)科國際前沿領(lǐng)域的競爭力。
    記者：能否簡要介紹一下該工程主要具有哪些**點？
    詹文龍：HIRFL-CSR是我國自行設(shè)計建造的**臺規(guī)模*大、能量*高、加速粒子種類*多的重離子同步加速器冷卻儲存環(huán)系統(tǒng)。其突出的**點是，高品質(zhì)同步環(huán)和大接受度實驗環(huán)雙環(huán)運行，并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(zhì)，使一些極端條件下的高精度測量成為可能。工程建設(shè)者們攻克了一系列技術(shù)難關(guān)，采用獨特的技術(shù)路線，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了變諧波同步加速和雙回旋加雙冷卻儲存環(huán)的組合運行模式；在世界上**研制成功空心電子束冷卻裝置，實現(xiàn)了空心電子束對重離子束的冷卻；成功產(chǎn)生了放射性次級束，注入實驗環(huán)進行了高精度質(zhì)量測量。工程建設(shè)堅持自主**，自行研制的設(shè)備超過70%，其中，10~12mbar大型超高真空系統(tǒng)、高性能網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化控制系統(tǒng)和納秒量級大功率Kicker電源等高難度系統(tǒng)的主要性能達到了世界同類裝置的先進水平，形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)儲備，促進了我國相關(guān)高新技術(shù)的發(fā)展。
    記者：這臺裝置在國際上占什么位置？國際同行如何評價該裝置呢？
    詹文龍：HIRFL-CSR與德國GSI的重離子冷卻儲存環(huán)同屬于***的大型核物理實驗裝置。
    HIRFL-CSR工程所取得的成就引起了國際同行的極大關(guān)注。德國GSI主管加速器的前任所長、HIRFL-CSR工程國際顧問委員會主任N. Angert先生高度贊揚CSRe在短時間內(nèi)實現(xiàn)了等時性模式次級束質(zhì)量測量，并說，GSI的ESR是在工程驗收幾年之后才試驗了這種等時性模式；美國阿貢實驗室的鄧昌黎先生說，HIRFL-CSR是一個高難度的包括電子冷卻的全離子加速器裝置，完成得非常漂亮；GSI鑒于HIRFL-CSR的成功建造，邀請近代物理所承擔(dān)其總投資約12億歐元的重大國際合作項目——國際反質(zhì)子與離子加速器（FAIR）大科學(xué)工程磁鐵、真空、注入引出系統(tǒng)大批設(shè)備的研制任務(wù)。
    記者：該工程投資及其性價比如何？它的建設(shè)對國內(nèi)高技術(shù)發(fā)展有哪些帶動作用？
    詹文龍：HIRFL-CSR工程國家投資約2.9億元。毫不夸張地說，該工程建設(shè)以很少的投資，創(chuàng)造了國際同類裝置的*高性價比。
    這項工程為實現(xiàn)我國大型先進醫(yī)療裝置——重離子治癌專用加速器的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。工程建設(shè)中用70%的經(jīng)費自行研制出的絕大部分設(shè)備都在國內(nèi)加工，絕大部分由西部企業(yè)承擔(dān)，推動了我國特別是西部企業(yè)的技術(shù)進步，培養(yǎng)和造就了一支勇于和善于**的高素質(zhì)人才隊伍。
    記者：你原來是該工程項目的總負(fù)責(zé)人，2007年12月你出任了中科院副院長，其中包括分管大科學(xué)裝置工程等工作，能否介紹一下目前中科院還有哪些在建或?qū)⒊薪ǖ膰抑卮罂萍蓟A(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目？
    詹文龍：在國家發(fā)改委的支持下，中科院先后承擔(dān)建設(shè)了北京正負(fù)電子對撞機等多項國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。經(jīng)過近20年的建設(shè)與運行，中科院已經(jīng)形成了一支老中青結(jié)合，以青年科技骨干為主的高水平的大科學(xué)工程建設(shè)與運行管理隊伍，在依托大科學(xué)裝置開展科學(xué)研究方面已取得了若干具有重大國際影響的成果。
    中科院在組織承擔(dān)國家大科學(xué)工程建設(shè)過程中，始終堅持需求導(dǎo)向，充分體現(xiàn)戰(zhàn)略性和前瞻性，既著眼于近期國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和國家**對科技進步的急迫需要，也考慮國家長遠(yuǎn)發(fā)展和科技進步的需求。國家戰(zhàn)略需求導(dǎo)向和科技**需求相結(jié)合，自主建設(shè)與國際合作相結(jié)合，設(shè)施建設(shè)與科研工作及人才培養(yǎng)相結(jié)合。
    中科院在建國家大科學(xué)工程項目包括：大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)，承建單位為國家天文臺，開工時間為2000年；北京正負(fù)電子對撞機二期工程(BEPC II)，承建單位為高能物理研究所，開工時間為2004年5月；上海同步輻射光源(SSRF)，承建單位為上海應(yīng)用物理研究所，開工時間為2004年12月；中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，承建單位為昆明植物研究所，開工時間為2004年12月；武漢國家生物**實驗室(P4)，承建單位為武漢病毒研究所，開工時間為2005年5月；東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈（子午工程），承建單位為空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心，開工時間為2008年1月；強磁場實驗裝置，承建單位為合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，開工時間為2008年5月。中科院擬承建的國家大科學(xué)工程項目包括：航空遙感系統(tǒng)，擬承建單位為電子學(xué)研究所；2500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)，擬承建單位為國家天文臺；海洋科學(xué)綜合考察船，擬承建單位為海洋研究所；蛋白質(zhì)科學(xué)研究設(shè)施，擬承建單位為上海生命科學(xué)研究院；散裂中子源，擬承建單位為高能物理研究所。