中国科学院近代物理研究所LEAF研制团队：

矢志创新 十年铸器

   无论是对宇宙起源的追问，还是对原子物理结构的探究，抑或是先进核能材料的制备，这些科学前沿问题的探索、国家重大需求问题的解决，都离不开尖端离子加速器装置的有力支撑。

   中国科学院近代物理研究所（以下简称近代物理所）低能量强流高电荷态重离子研究装置（LEAF）研制团队，面向科技前沿和国家重大需求，自主研发成功世界首台独立运行的LEAF。从最初的设想到“国之重器”的诞生，LEAF研制团队十年磨一剑，潜心研究、协同攻关，取得多项“国际首次”的技术创新突破，为核天体物理、原子物理等前沿基础研究及新型核能材料研发等提供了国际领先的实验研究条件。

 

面向需求 大胆创新

 

   重离子加速器是指用来加速比阿尔法粒子重的离子的装置。近百年来，随着重离子加速器的迭代升级，核物理与多学科交叉前沿研究不断深化着人们对物质世界的认识，并催生了核技术在能源、医学、材料科学等领域的变革性应用。持续创新的重离子加速器技术不仅改变了人们的生活，更成为全球科技竞争的战略高地。

   国际上虽有多个重离子装置在建或已建成，但在多学科交叉前沿基础研究领域和国家需求的重要应用领域，仍缺乏多功能、小型化的低能量强流重离子加速器装置。中国科学院院士赵红卫及团队敏锐地发现了这一空白。

   为填补空白，近代物理所及时组建团队，瞄准国际最高水平全力攻坚，努力抢占强流高电荷态重离子束产生和低能量加速领域的科技制高点。团队成员积极响应、踌躇满志、上下齐心，致力于打造出一台能够触发重大科学应用的引擎，志在用最高流强的重离子束照亮人类知识的暗角。

   经过讨论，团队将该装置的英文简称定为“LEAF”，这不仅是名称缩写，更有“绿叶”之意，即LEAF要成为科学家突破关键核心技术的绿叶，成为更强大、更先进的工具。

   经过前期的充分论证与预研，2015年1月，LEAF研制获得国家自然科学基金委员会国家重大科研仪器研制项目支持，在兰州正式启动建设。

 

不惧失败 勇于登攀

 

   立项之初，面对国内技术薄弱、国际技术封锁的形势，横亘在团队面前的是数座无人登顶的高峰。自主创新之路荆棘密布、沟壑丛生，团队屡屡冲锋，却都败下阵来。面对失败和质疑，他们不断试错、不断改进。历经十年，团队最终实现了强流高电荷态重离子束产生技术、低能量强流重离子加速器技术、高场铌三锡超导磁体技术、高频率高功率微波传输技术等多个方面的突破。

   团队成功研制出国际上磁场和微波频率最高的超导高电荷态电子回旋共振（ECR）离子源。这是LEAF的最核心技术，其“心脏”是铌三锡材料。这种超导材料要在零下269摄氏度的极端环境中，承受比火箭发动机更强的电磁力，稍有瑕疵就会像玻璃般碎裂。团队在我国首次实现铌三锡超导磁体在ECR离子源中的应用，创下全球最高磁场与微波频率纪录，实现了目前最强束流强度的高电荷态重离子束输出。

   团队开发出国际上束流强度最高的连续波射频四极场（RFQ）重离子加速器，实现了毫安量级高电荷态重离子束的稳定加速与传输。这项技术突破的意义在于，它能更高效地为科学研究，如先进材料、核能技术、原子核存在的极限以及先进放疗等领域提供持续、稳定的离子束，就像从“间歇供水”升级到“全天候高压供水”，效率和实用性都大大提升。

   团队还首次在国际上实现了荷质比相近的三种不同元素离子组成的混合束的加速和运行。这种混合束能满足更多复杂的实验需求，对多种场合的实验环境模拟和不同科研目标有着巨大的实用意义。换言之，其可为实验用户“私人订制”所需束流。

   2024年12月，LEAF通过专家组验收。验收专家评价，“项目组自主研发解决了一系列技术瓶颈问题。该装置运行稳定，其核心设备总体性能处于世界领先水平。”目前，LEAF已成功为用户供束1.3万小时以上，为60个实验提供了丰富的束流，取得了一批重要的研究成果。

 

赓续传承 协同攻坚

 

   从1995年近代物理所离子源团队自主研制出我国首台高电荷态ECR离子源，到如今研发出第四代全超导高电荷态ECR离子源，这条自主创新之路烙印着团队三代人的传承与坚守。在这条赛道上，中国科学家实现了从跟跑到领先的跨越。十年里，团队迎难而上、勇于登攀、团结协作、合力攻坚，体现出了为达目标“决不抛弃、决不放弃”的坚强精神。

   LEAF项目启动之初，为了攻克国际首个铌三锡超导离子源磁体技术，团队选择与美国的实验室合作。可合作不到一年，这一技术就被美国政府列入禁止与中国合作的科技清单。合作戛然而止，工作陷入了困境，团队上下一时间士气低迷、信心不足，对未来感到迷茫。

   为了进一步鼓舞士气、凝心聚力，团队负责人、时任近代物理所党委书记赵红卫与LEAF超导离子源研制负责人孙良亭多次召开支部党员大会和工作讨论会，鼓舞团队成员“正是因为没有人做过，才是真正原创的成果，也是真正值得去攀登的高山”，带领大家再次踏上征程。历时四年，经过无数次改进，团队终于完成高精度铌三锡线圈的加工，第一次测试就取得了成功。

   十年的潜心探索与奋力拼搏，锤炼出一支精兵强将。他们能吃苦，连续数天埋头地下室，风雨无阻长期坚守实验场；他们自诩“地下工作者”和“夜行侠”，零点的园区常有他们身影；多少个阖家团圆、围炉守岁的夜晚，他们与冰冷的仪器设备为伴，在实验室的钟声中迎接新的一年。他们每个人都是一支队伍，各自承担重要任务，却又相互助力。

   LEAF项目验收时，工作档案足足堆满了5台推车，一页页笔记记录了团队3000多个日夜走过的足迹。十年前，团队成员平均年龄31岁；十年后，他们大多迈入了不惑之年。他们用十年青春，把不可能变为可能；用百万次试错，刻下东方的智慧；用永不熄灭的好奇心，在人类认知的边界插上一面五星红旗。

   科学没有终点，但每个突破都是新的起点。LEAF研制团队的脚步不会停歇，他们的创新精神依然奔流不息。■

（作者单位：中国科学院近代物理研究所）