加速器驅(qū)動嬗變研究裝置（CiADS）和強(qiáng)流重離子加速器（HIAF）施工現(xiàn)場。（圖片來源：中科院近代物理研究所）

　　粵港澳大灣區(qū)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(zhèn)，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(chǔ)設(shè)施“十二五”建設(shè)項目——加速器驅(qū)動嬗變研究裝置（CiADS）和強(qiáng)流重離子加速器裝置（HIAF）（下稱兩大科學(xué)裝置）的施工現(xiàn)場。

　　建設(shè)現(xiàn)場，一條長百余米、深數(shù)米的半地下隧道豎條坑頗顯氣勢。未來，一座全長350米的超導(dǎo)直線加速器將在此落成，它將與高功率散裂靶、次臨界反應(yīng)堆一道，組成CiADS完全體，為驗證嬗變原理、解決核廢料處置問題鋪路。

　　CiADS不遠(yuǎn)處，是HIAF所在地。借無人機(jī)俯瞰現(xiàn)場，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年年底開工至今，項目的場地配套工程已進(jìn)入尾聲。按規(guī)劃，兩大科學(xué)裝置將于2025-2026年建設(shè)完畢。

　　向重大、看前沿，同時開建的經(jīng)濟(jì)賬

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

　　其中，CiADS的超導(dǎo)直線加速器預(yù)研樣機(jī)已實現(xiàn)30千瓦束流持續(xù)100小時的穩(wěn)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(jī)研制已基本完成，即將進(jìn)入批量生產(chǎn)。

　　這兩個大家伙為何要一起建？近物所副所長、研究員胡正國表示，兩大裝置同時開建，部分技術(shù)力量、設(shè)施可以共用，不但能節(jié)約資源成本，且有利于未來打造加速器集群。CiADS和HIAF都是核科學(xué)領(lǐng)域的大裝置，我們的目標(biāo)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(biāo)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(zhǔn)核廢料處理處置研究，面向國家重大需求，HIAF則更側(cè)重核科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究。

　　前積淀、后發(fā)力，為乏燃料處理鋪路

　　建成后，CiADS將成為世界上首個兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)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(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）是核廢料處理公認(rèn)的可行技術(shù)路徑，能在短時間內(nèi)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，CiADS的安全性也得以保證。加速器從外界為反應(yīng)堆供能，當(dāng)中子輸送停止時，反應(yīng)堆即刻停止反應(yīng)，堆內(nèi)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(yīng)堆同為20世紀(jì)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(shè)團(tuán)隊來說，單加速器一項，就需要將能量25兆電子伏特、長度20米的樣機(jī)放大，能量要到500 兆電子伏特、長度要達(dá)200米，且保證輸出可靠、安全合規(guī)。

　　團(tuán)隊的底氣源于積累。2017年，近物所完成了中科院A類先導(dǎo)專項“ADS嬗變系統(tǒng)”的研究工作，國際首臺ADS超導(dǎo)直線加速器前端示范樣機(jī)、顆粒流散裂靶樣機(jī)、針對鉛鉍反應(yīng)堆開發(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(shè)打下良好基礎(chǔ)。

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

　　“我們知道什么是困難，并知道怎么去解決它。”在何源看來，這是整個團(tuán)隊的信心所在。

　　拓新路、創(chuàng)亮點，造一方核科學(xué)重地

　　按指標(biāo)，建成后的HIAF可以產(chǎn)生極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線核素，且能對其進(jìn)行精確測量。為此，HIAF需要提供穩(wěn)定且高能的重離子束流，束流能量最高可達(dá)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(dá)到一流、有自己特色，那就必須通過技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)?！睏罱ǔ杀硎?。為完成裝置建設(shè)，快循環(huán)脈沖電源、陶瓷內(nèi)襯薄壁真空室等一系列特色技術(shù)應(yīng)運而生。

　　早在項目籌備初期，研究團(tuán)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)生的渦流會導(dǎo)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題。

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

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

　　再過幾年，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(shè)大科學(xué)裝置，要在實現(xiàn)科研目標(biāo)的同時發(fā)揮它的效益，未來，兩大科學(xué)裝置將與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室聯(lián)動，打造粵港澳大灣區(qū)乃至國際上重要的核科學(xué)中心?！?/div>