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加速器驅動(dòng)嬗變研究裝置（CiADS）和強流重離子加速器（HIAF）施工現場(chǎng)。（圖片來(lái)源：中科院近代物理研究所）

　　粵港澳大灣區東部，一塊近1平方公里的地塊在山海間格外顯眼。在惠州市惠東縣黃埠鎮，兩大國之重器將在群山之巔嶄露頭角。這里是國家重大科技基礎設施“十二五”建設項目——加速器驅動(dòng)嬗變研究裝置（CiADS）和強流重離子加速器裝置（HIAF）（下稱(chēng)兩大科學(xué)裝置）的施工現場(chǎng)。

　　建設現場(chǎng)，一條長(cháng)百余米、深數米的半地下隧道豎條坑頗顯氣勢。未來(lái)，一座全長(cháng)350米的超導直線(xiàn)加速器將在此落成，它將與高功率散裂靶、次臨界反應堆一道，組成CiADS完全體，為驗證嬗變原理、解決核廢料處置問(wèn)題鋪路。

　　CiADS不遠處，是HIAF所在地。借無(wú)人機俯瞰現場(chǎng)，已能看清同步加速器圓環(huán)的大致位置。核科學(xué)研究中，新核素的鑒別、重元素如何產(chǎn)生等問(wèn)題一直未解，HIAF的落成，有望幫科學(xué)家找到答案。

　　2018年年底開(kāi)工至今，項目的場(chǎng)地配套工程已進(jìn)入尾聲。按規劃，兩大科學(xué)裝置將于2025-2026年建設完畢。

　　向重大、看前沿，同時(shí)開(kāi)建的經(jīng)濟賬

　　《中國科學(xué)報》從中科院近代物理研究所（下稱(chēng)近物所）獲悉，目前，兩大裝置處于工程設計及施工階段，主體工程將于下半年進(jìn)場(chǎng)施工。

　　其中，CiADS的超導直線(xiàn)加速器預研樣機已實(shí)現30千瓦束流持續100小時(shí)的穩定運行，目前正向100千瓦邁進(jìn)。HIAF主電源、磁鐵和真空管道等關(guān)鍵部位的樣機研制已基本完成，即將進(jìn)入批量生產(chǎn)。

　　這兩個(gè)大家伙為何要一起建？近物所副所長(cháng)、研究員胡正國表示，兩大裝置同時(shí)開(kāi)建，部分技術(shù)力量、設施可以共用，不但能節約資源成本，且有利于未來(lái)打造加速器集群。CiADS和HIAF都是核科學(xué)領(lǐng)域的大裝置，我們的目標是把兩者集合在一起，形成新的大科學(xué)工程。

　　“兩大裝置技術(shù)方面有一些接口是重合的，都有加速器部分，但它們各自的物理目標不一樣”，HIAF總工程師、近物所研究員楊建成告訴《中國科學(xué)報》，CiADS瞄準核廢料處理處置研究，面向國家重大需求，HIAF則更側重核科學(xué)前沿基礎研究。

　　前積淀、后發(fā)力，為乏燃料處理鋪路

　　建成后，CiADS將成為世界上首個(gè)兆瓦級加速器驅動(dòng)次臨界系統研究裝置。CiADS總工程師、近物所研究員何源告訴《中國科學(xué)報》，加速器驅動(dòng)次臨界系統（ADS）是核廢料處理公認的可行技術(shù)路徑，能在短時(shí)間內降低乏燃料放射性，并從中分離出有用元素加以利用。

　　處于次臨界狀態(tài)時(shí)，CiADS的安全性也得以保證。加速器從外界為反應堆供能，當中子輸送停止時(shí)，反應堆即刻停止反應，堆內產(chǎn)生的新中子少于湮滅掉的中子，進(jìn)入次臨界狀態(tài)。

　　但迄今為止，還不曾有驗證這一路徑的先例。加速器和反應堆同為20世紀原子能領(lǐng)域的重要成果，二者間技術(shù)差異大，再將之與散裂靶耦合，難度極高。對CiADS建設團隊來(lái)說(shuō)，單加速器一項，就需要將能量25兆電子伏特、長(cháng)度20米的樣機放大，能量要到500 兆電子伏特、長(cháng)度要達200米，且保證輸出可靠、安全合規。

　　團隊的底氣源于積累。2017年，近物所完成了中科院A類(lèi)先導專(zhuān)項“ADS嬗變系統”的研究工作，國際首臺ADS超導直線(xiàn)加速器前端示范樣機、顆粒流散裂靶樣機、針對鉛鉍反應堆開(kāi)發(fā)的耐輻照和腐蝕材料等一系列重大突破性成果為CiADS的建設打下良好基礎。

　　一批新生科研力量也因此迅速成長(cháng)。參加先導專(zhuān)項的隊伍中，有近四百人成為建設CiADS的中堅力量。

　　“我們知道什么是困難，并知道怎么去解決它?！痹诤卧纯磥?lái)，這是整個(gè)團隊的信心所在。

　　拓新路、創(chuàng )亮點(diǎn)，造一方核科學(xué)重地

　　按指標，建成后的HIAF可以產(chǎn)生極端遠離穩定線(xiàn)核素，且能對其進(jìn)行精確測量。為此，HIAF需要提供穩定且高能的重離子束流，束流能量最高可達4.25吉電子伏特。

　　“HIAF的定位是建國際一流的重離子研究裝置，建之前我們就想清楚，要達到一流、有自己特色，那就必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新來(lái)實(shí)現?！睏罱ǔ杀硎?。為完成裝置建設，快循環(huán)脈沖電源、陶瓷內襯薄壁真空室等一系列特色技術(shù)應運而生。

　　早在項目籌備初期，研究團隊就摸了一遍國際同行的底。

　　“快循環(huán)加速器的管道一般都是金屬的，產(chǎn)生的渦流會(huì )導致粒子丟失”，楊建成告訴記者，這是國際上所有加速器都要克服的問(wèn)題。

　　為此，項目組另辟蹊徑，用一節一節的陶瓷環(huán)支撐不銹鋼真空室。僅有2-3毫米薄的陶瓷內襯強度夠高、柔韌性也很好，不導電也不會(huì )產(chǎn)生渦流。為了解決束流管壁的阻抗問(wèn)題，項目組還為陶瓷內襯鍍上了微米級別的膜。

　　這套屢屢創(chuàng )新的方案表現不俗，楊建成表示，樣機已驗證陶瓷室真空度可達10^-10帕，“真空一抽，不銹鋼薄壁會(huì )緊緊壓到陶瓷環(huán)上”。

　　再過(guò)幾年，CiADS和HIAF將在惠州落成，成為核科學(xué)研究的一方重地。胡正國表示，“我們建設大科學(xué)裝置，要在實(shí)現科研目標的同時(shí)發(fā)揮它的效益，未來(lái)，兩大科學(xué)裝置將與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗室聯(lián)動(dòng)，打造粵港澳大灣區乃至國際上重要的核科學(xué)中心?！?/div>