国防科工局今天（7月4日）宣布，我国在核物理研究领域取得重大进展，由中核集团原子能科学研究院完成的回旋加速器首次调试出速度接近一半光速的质子束。回旋加速器可生产治疗癌症同位素药物，其产生的电子束甚至能用于清除草莓上的细菌。这台回旋加速器取得了一系列“国际首次”的创新性成果，但在串列加速器升级工程总工程师，原子能科学研究院研究员张天爵眼里，这些都是“逼出来的”。

中核集团中国原子能科学研究院自主研发的100 MeV质子回旋加速器首次调试出束

为适应国内外科学技术发展形势，构筑中国加速器装置先进试验平台，2003年7月，HI-13串列加速器升级工程经原国防科工委批准立项。主要建设内容是在原子能院现有的HI-13串列加速器前端，新建一台100MeV、200μA强流回旋加速器，一台质量分辨率为20000的在线同位素分离器；在HI-13串列加速器后端，新建一台能量增益为2MeV/q的重离子超导直线增能器。

一个改变人生轨迹的电话

2000年夏天，在大阪大学任日本文部省COE客座教授的张天爵，计划年底到美国工作。他给恩师、时任原子能院院长樊明武院士打电话征求意见，樊明武却说道：“串列加速器升级工程快要立项了，你回来吧。”

恩师的一句话，改变了张天爵的人生轨迹。“原子能院需要，回来不需要更多理由。”张天爵坚定地说，“就像你家里有事需要你出力，你会讨价还价、斤斤计较吗？”更何况，装置的建成将使我国成为少数几个拥有新一代放射性核束加速器的国家，为核科学技术领域开展基础和应用研究提供创新性先导性研究平台。

就这样，张天爵放弃了国外优厚的待遇，于2000年底回到原子能院。可没想到，起步那几年会那么困难。2001年初，张天爵的团队只有5个人，当年账上纵向经费只有7万元。要建设这么大的工程，前期预研怎么办？“串列加速器升级工程直到2004年才正式立项，之前真是一穷二白。”谈起往事，张天爵感慨万千。他一边招兵买马，一边申请项目，“很多看来一点希望都没有的项目，也要连续熬夜写申请书”，与此同时，串列加速器升级工程许多关键技术，还要做预研工作。

幸运的是，张天爵在2002年获得了国家杰出青年科学基金，成为我国加速器领域第一位“杰青”获得者。张天爵还记得写申请书的时候，不仅在方案上反复推敲，就连每个句子都仔细斟酌。“这辈子从来没紧张过，就那次紧张了，答辩结束后我整个后背都湿透了。”张天爵说，“之所以紧张，不是对技术不自信，而是成功与否对我们团队的生存太重要了。”

依靠“杰青”基金的支持，张天爵开始了实验室平台建设。虽然只有80万元经费，但还是按照建设先进强流加速器实验室的总体设想来进行。因为张天爵一直坚持：事情要不就不做，要做就是高要求、高质量，符合总体设想。“几年下来，不同渠道的经费汇集到一起，建成了强流回旋加速器综合试验装置，培养了一支强流回旋加速器物理与工程技术团队。”

串列加速器升级工程总工程师、中国原子能科学研究院研究员张天爵

突破常规的强流回旋加速器

尽管最初定方案的时候有不少反对意见，张天爵还是坚持大胆地将100MeV强流回旋加速器设计为紧凑型。“紧凑型回旋加速器优点突出，保证高流强、高效率，降低建造费用和运行费用。”张天爵说。

可是，当时国际上紧凑型回旋加速器能量最高仅为30MeV，能量从30MeV提升到100MeV，许多技术要求有质的区别。

先进的技术方案，注定有前所未有的技术难度。“当时国际上没人这么做过。”张天爵说，“我们之所以敢这么做，是因为背后有大量的强流束流动力学的研究结果和大量的工程经验来做支撑。”

既要紧凑型，节省建造费用和运行费用；又要强聚焦，获得高流强，且实现双束流引出满足多用户的需求，提高运行效率。鱼和熊掌要兼得，把压力都放在技术上了。用张天爵的话说，“科技创新是被逼出来的”。

“紧凑型”新回旋加速器

张天爵带领他的团队一共突破了三项关键技术：强流束流动力学和高精度的大型的磁工艺技术、高平均功率的高稳定度的高品质因素的高频系统、强流离子源和注入技术。

“每一个技术亮点的背后都有一大堆的创新在支撑。”张天爵说。

串列加速器升级工程建成后，将在已有串列加速器实验室的基础上，逐步形成一器多用、多器合用、多领域、多学科的科学研究平台，将填补中国中能强流质子回旋加速器、高分辨同位素分离器和超导重离子直线加速器的空白，达到目前国际同类装置的先进水平，使中国成为少数几个拥有新一代放射性核束加速器的国家。

100MeV质子回旋加速器直径6.16m，总重量为475t，是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，也是中国目前自主创新、自行研制的能量最高的质子回旋加速器。在国防科工局、中核集团的支持下，经过自主创新和协同攻关，于2012年9月开始现场安装；2013年12月实现中心区调试出束，2014年6月具备外靶出束条件。

100MeV质子回旋加速器的研制成功，取得了一系列的创新性成果，主要包括：国际上首次在70MeV以上能区采用直边扇磁极、实现强聚焦；首次实现大型回旋加速器真空中的磁场测量与等时性垫补；在紧凑型回旋加速器中高频腔品质因数首次达到9500；首次研究了紧凑型回旋加速器的注入六维匹配和引出色散，提高了强流束的传输效率。

回旋加速器如何用于治癌

加速器是核科学研究的重要平台，可开展中子物理、核数据测量、质子辐照效应、新核素合成、不稳定核结构、质子的生物学效应等方面研究，并在核能技术开发以及同位素生产和核医学等方面具有广泛应用。

回旋加速器是能产生正电子放射性药物的装置，该药物作为示踪剂注入人体后，医生即可通过PET/CT显像观察到患者脑、心、全身其它器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。所以PET/CT依靠回旋加速器生产的不同种显像药物对各种肿瘤进行特异性显像，达到对疾病的早期监测与预防。

我国能量最高的质子回旋加速器研制成功