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【中国科学报】重离子加速器:奏响科学“交响乐”
——访兰州重离子加速器国家实验室
发布时间:2013-11-26 来源:中国科学报 冯丽妃 【字号:  

兰州重离子加速器HIRFL总体示意图

记者参观冷却储存环装置

  在电影《非诚勿扰》中,孙红雷饰演的李香山得知自己患上不治之症黑色素瘤后,以自杀的方式结束了自己的生命。如果该片导演知晓重离子的疗效,这部电影的结局可能要重写。
  从癌症治疗,到核物理研究、新核素合成、太空芯片检测……中科院兰州近代物理所(以下简称近物所)的科学家们依托重离子加速器的大科学平台,在西北大地上奏响一曲前沿科学与应用研究的“交响乐”。
  “给大象治疗癌症”
  “我们这个加速器都可以给大象治疗癌症了。”近日,在兰州重离子加速器国家实验室(HIRFL),近物所所长肖国青指着一台像CT机一样的白色试验终端向走进中科院大科学装置的记者一行人介绍说。
  他解释说,如果重离子达到每核子400兆电子伏特,就可以达到30厘米的穿透力,可以治疗人体深层肿瘤。而该加速器产生的重离子已达到每核子1000兆电子伏特,穿透力在1米以上。
  当前,我国每年新发癌症病例约320万,因癌症死亡约250万。重离子放射为采用常规放化疗和手术难以治愈的癌症患者打开了一扇新窗户。
  “尽管重离子也是一种射线,但是与当前医院里的X射线和γ射线相比,对人体副作用会小得多。”HIRFL医学物理研究室主任李强告诉《中国科学报》记者。
  他解释说,重离子治癌的最大优势来源于倒转的深度剂量分布。常规射线会随着深度增加呈现指数衰减的形式,而重离子束进入身体后能量损失小,仅在最终停下的位置才会释放大部分能量,形成尖锐的剂量峰“布拉格峰”。因此,在斩灭“癌魔”的同时,对周围正常组织和敏感器官的副作用小得多。
  “重离子只需要X射线剂量的1/3就可杀死癌细胞。同时,重离子治疗一个疗程只需要几天,最多至12天,远远低于放化疗的一个多月。”李强说。
  据介绍,HIRFL现有深层和浅层治疗两个临床治疗终端,目前共治疗216例病人,包括皮肤鳞癌、基底细胞癌、肺癌、肝癌以及当今医学界最头疼的黑色素瘤,局部控制率在80%以上,使我国成为世界上第四个掌握重离子治癌技术的国家。
  肖国青透露,明年,甘肃兰州和武威两地的两个重离子肿瘤治疗中心将有望建成并投入使用,让更多患者享受到科技进步的福利。
  除了治疗癌症之外,HIRFL还有多个应用终端活跃在经济社会发展的最前沿。如重离子束诱变辐照育种,提高作物品质;检测航天芯片和设备,服务空间科学发展;进行原子核嬗变实验,解决核乏料的问题等。
  在国际物理前沿插上中国国旗
  要揽瓷器活儿,先有金刚钻儿。要发挥重离子的功用,就离不开它的“摇篮”——重离子加速器。
  如果把兰州重离子加速器比作一条巨龙,各种应用终端只是它的尾巴尖儿。“加速器主要由离子源(SFC)、加速系统(SSC)、传输系统(SCR)、实验装置等四个部分组成,构成亚洲能量最高的重离子科学研究基地。”在巨龙的“头部”——SFC大厅,肖国青介绍说。
  这个集合了当今世界上的直线、回旋和环形所有三种加速器的“大家伙”集合了半个世纪以来我国三代大科学装置研究成果。更高、更快、更强、更精——八个字概括了其发展历程。
  1957年,近代物理研究所从北京中关村“西进”兰州。该所创始人杨澄中带领首批科研人员担负起建造重离子加速器的重任,如今1.7米的回旋加速器SFC就是在“一五”的基础上建立起来的。而“龙颈”分离扇重离子加速器SSC则是“七五”的成果。
  “那时,计算机还没发展起来,都是用手画的图纸,老一辈科学家们耗费了大量的心血,让我国重离子研究进入国际主流。”HIRFL加速器总体室主任原有进感慨良深地说。
  而“九五”期间的大科学工程项目、长达160余米的“龙身”——重离子冷却储存环CSR可以实现上亿个重离子同步运行,其自主研制率超过90%,在电子冷却技术、高频技术、超高真空技术等诸多方面实现创新和突破。
  “从SFC到CSR,我国重离子运行速度从一开始的1%光速提升到约90%的光速,进入国际先进行列。”原有进说。下一步,近物所的研究目标将是与光速同步。
  作为重离子研究的“国家队”,近物所的科研人员依靠重离子加速器的平台在服务国家发展的同时,以优秀的前沿成果在国际物理舞台上展示着中国的风采。
  核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。全世界有8000种核素,现在只鉴别出3130种。“其中近物所发现的新核素就有20多个,未来我们会在核素领地上插上更多的中国国旗。”该所副所长袁平满怀信心地说。除此之外,我国科学家还在超重核研究、原子核质量精确测量等方面作出重要发现。
  让中国“交响乐”走向世界
  正是因为近物所对国际物理学发展的贡献,近期,国际原子质量数据评估中心将评估工作移交近物所管理。“今后,我国就是国际原子质量评估的‘警察’了,别国的研究成果我们来当评审。”肖国青自豪地说。
  目前,近物所已经与十多个国家、地区建立了广泛的国际科技合作关系,每年都有上百位国外专家到近物所访问或参与合作研究。来自乌克兰的访问学者Sergei和埃及的博士后Ahmed就是其中两位。
  “现在,基辅的核物理研究设备很陈旧。近物所有先进的研究设备,也有很多志同道合的科学家,每年我们都有三四位科学家来中国访问。”来自哈尔科夫高能物理研究中心的Sergei在接受《中国科学报》记者采访时说,他希望乌克兰与中国继续保持良好的合作关系。刚来中国不久的Ahmed将在近物所度过一年的求学生活,内向的他有些羞涩地告诉记者,他的目标是发几篇在国际上有影响力的文章。
  “现在我们的加速器用户将近200多家,每年运行7000小时以上。然而,现在每年的需求却在14000小时以上,每天24小时开机,一年大家只有在最热的8月设备检修时才能稍事休息。即便如此,还是不能满足不断增长的用户的需求,所以还要加快建设新的加速器。”肖国青表示,我国将在“十二五”期间,建设新的强流重离子加速器(HIAF),实现跨越发展。
  “未来,无论是服务国家需求,还是参与国际合作与竞争,人才队伍的水平和质量决定一切!”近物所党委书记赵红卫说,近物所将继续坚持自主创新,不拘一格地培养和引进急需人才。
  (原载于《中国科学报》 2013-11-26 第8版 平台)
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