圖為蘭州重離（lí）子加速器主環隧道。中國科學院（yuàn）近（jìn）代物理研究所提供

■走近中（zhōng）國大科學工程

《非誠勿擾2》中孫紅雷扮演的李香山，因腳上的“癌中之（zhī）王”黑色素瘤選擇自殺。如果編劇知曉重（chóng）離子治癌（ái）的功效（xiào），電影的結局可能重寫。

“對肺癌、肝癌乃至醫學界（jiè）最頭疼的黑色素瘤，重離子治療（liáo）的局部控製率在80％以上。今年內，甘肅武威的重離子腫瘤治療中心將投入使用。”中國科學院近代物理研究所（簡稱中科院近物所）所長肖國青說，10年間，蘭州重離子加（jiā）速器對213例腫瘤患者進行臨床試驗研究，使我國成為繼美國、德國和日（rì）本之後世界上第四個掌握重離子治癌技術的國家。

如同蘭州（zhōu）的黃河和（hé）牛肉麵，重離子加速器已成甘肅的名片。從新核素合成、核物理等前沿科學攻關，到治療癌症、誘變育種等產業（yè）化（huà）發展，重（chóng）離子加速器的各（gè）種終端應用可謂“頂天立地”。

三代大科學裝置讓“巨龍”騰飛

身處鬧市之中，略（luè）顯陳舊（jiù）的白色大建築群散發出沉穩而淡然的氣息，科學界聲名顯赫（hè）的重離子加速器便藏身其中。

如果將重（chóng）離子加速器比作一（yī）條巨龍，電子（zǐ）回旋共振離子源是龍頭，1.7米扇（shàn）聚（jù）焦（jiāo）回旋加（jiā）速器、大型分（fèn）離扇（shàn）回（huí）旋加（jiā）速器、新建（jiàn）的冷卻儲存環主環和實（shí）驗環、放射（shè）性（xìng）束流線共同組成了綿延的龍（lóng）身（shēn），各（gè）種實驗終端應用是靈活的龍尾。

這些大塊頭（tóu）既有（yǒu）“智（zhì）慧”也有故事。

“重離子加速器選址蘭州，不僅是因為地處西北腹地比較安全，也為了給（gěi）氫彈研製（zhì）提供實驗數據。” 中科院近物所成果轉化與（yǔ）產業（yè）處項目主管梁偉說，在（zài）周恩來總（zǒng）理“應在蘭（lán）州設一原子核（hé）科學研（yán）究點”的指示下，1957年，中（zhōng）科院近物所創始人楊澄中帶領首批科研人員從北京中關（guān）村西遷（qiān）蘭州（zhōu），擔負起建造重離子加速器的重任。

作為“一五”期間（jiān）前蘇聯援建我國的156個（gè）重大項目之一（yī），肖國青說，1.5米經典（diǎn）回旋加速器建設經曆了三年（nián）自然災害以及前蘇聯政府毀合同、撤專家的困境。沒有計算機，就用手畫圖紙；沒有經驗，就一遍遍做試驗。正是老一輩科學（xué）家的自力更（gèng）生、傾（qīng）力合作（zuò），回旋加速器才於1964年正式運行。

“1.7米的回旋加速器是在‘一五’基礎上建立，分離扇重離子加速器則是‘七五’的成果。”梁偉說，蘭州重離子加速器每個階（jiē）段的建設成果，都依據國家（jiā）重大需求而定。

1988年，中科院近物所（suǒ）建成了我國第一台大型重離子研究裝置??蘭州重（chóng）離子加速器，主要技術參數達到或超越設計指（zhǐ）標，躋身（shēn）上世紀80年代（dài）同類加速器的國際先進水平，並於1992年（nián）獲國家科技進步獎一等獎。

科研總是追著時代的腳步往前奔。進入“九五”，蘭州重離子（zǐ）加速器迎來新任（rèn）務（wù）：為滿足我國深入（rù）開展重離子物（wù）理研究（jiū）的需要，擴建多用途重離子冷卻儲存（cún）環。“自主設計建造、規模最大、能量最高、可加速全離子，蜿蜒（yán）160多米（mǐ）的重離（lí）子加速器冷卻（què）儲存環，與德國的重離子冷卻儲存環同屬世界（jiè）級的大型核物理實驗裝置。”肖國青說（shuō）。

半個（gè）世紀以（yǐ）來（lái）我國三代大科學裝置研究成果，讓這一巨龍在國際科學（xué）界聲名鵲起。

重（chóng）離子加速器很“全能”

“我們習慣叫蘭州重離子加速器，其實，它是國際上為數不多的幾台全離子加速器。”肖國青說，其（qí）加速的離子涵蓋了元素周期表中的92種元素，實現了從原子質量最輕的“氫”到最重的“鈾”的“全（quán）離子加速”，而且自然界不存在的、新合成（chéng）的離子也能加速。

那麽，重離子是怎麽被（bèi）加速的？帶著滿腦子的術語，記者在1∶50的重（chóng）離子加速器模型前有了初步認識：它就像一列車廂顏色各（gè）異的火車，盤踞在複雜的（de）回（huí）旋軌（guǐ）道上，重（chóng）離子束（shù）就循著這樣的軌道，穿梭於密閉的“車廂”間，一次次被加速。

走進重離子加速（sù）器實驗大（dà）樓地下，記者對（duì）巨龍的（de）龍身??加速係統和傳輸（shū）係（xì）統有了直觀了解。在設備和管道間穿行，一個個碩大（dà）的黃色、藍色巨塊被管道所連接，周圍是各種線圈和監測設備（bèi）。

眼前重達30噸的藍色巨塊是二級磁鐵，它的作用是讓直（zhí）線快速穿行的離子“拐彎”。離子通過偏轉磁鐵而改變運動方向，比（bǐ）如（rú）偏轉22.5度，讓16台這種磁鐵沿同一方向偏轉，就能使（shǐ）這些離子偏轉360度，這意味著可以回過頭（tóu）來一而再、再（zài）而三的不斷轟擊目標（biāo）。

重離子經過加速後產生的能量有多少？“如（rú）果重（chóng）離子達到每核（hé）子400兆電子伏特，就（jiù）可以達到30厘米（mǐ）的穿透力，能治（zhì）療人體深層的腫瘤（liú）。”梁偉告訴記者，而該加速器產生的重離子已達每核（hé）子1000兆（zhào）電子伏特（tè），穿透力在1米（mǐ）以上。

“從1.7米的回旋加速器到重離子冷卻儲（chǔ）存環，我國重離子（zǐ）運（yùn）行的速度從最初的1％光速（sù）加速至（zhì）約（yuē）90％的光速，躋身國際先進行列。”肖國青以重（chóng）離子加速器冷卻儲存環為例說，它能讓上億個重離子同步運行，自主研製率逾90％，各種元器件（jiàn）八成（chéng）是甘肅造，在電子（zǐ）冷卻技術、高（gāo）頻技術、超高（gāo）真空技術等方麵收獲頗豐（fēng）。

值得關注的是，重離子加速器冷卻儲（chǔ）存環（huán）在高精度測量（liàng）短（duǎn）壽命核素領域（yù）取得重大突破，在世界上率先達到10-7量（liàng）級的（de）相對測量精度，使我國重離子加速器技術水平及重離（lí）子物理（lǐ）實驗研究能力闖（chuǎng）入世界前列。

“10-7量級的精度，相當於在一架空客A380上可分辨出一個U盤（pán）的質量。”肖國青說，“接下來的（de）目標，是讓重離子運行得更穩定。”

原子核數據中國說了算

就在（zài）今年春節假期，蘭州重離子加（jiā）速器完（wán）成了新（xīn）核素合成和研究的一項實驗工作。至此，蘭州重離（lí）子研（yán）究裝置已合成鑒（jiàn）別20多種（zhǒng）新核素，占（zhàn）百年來人工合成新核素總數的1％。

核素是指（zhǐ）具有（yǒu）一定數目質子和中子的一種原子核（hé）。科學家把各種不同的原子核統稱為核素，新原子核的（de）合成和研究，將進一步豐富和深化人類對原（yuán）子核內部結（jié）構和運動規律的認（rèn）識，推動與之相關的核物理和核天體物理的發（fā）展。

核理（lǐ）論家們（men）預言核素約有（yǒu）8000多個，目（mù）前自然（rán）界存在的穩定的原子核隻有280多種，科學家們（men）利用（yòng）加速器人工合成（chéng）3000多種不穩定（dìng）的放射性核素。

要知（zhī）道核桃的內部結構，就（jiù）必須砸開核桃（táo）才能知曉，這也是進行（háng）原子核（hé）試驗的原理。“用（yòng）能量較高的粒子（即彈核）來轟擊原（yuán）子核（即（jí）靶核），使靶核變成另外一種原子核（hé）。而（ér）這個如同（tóng）‘打（dǎ）靶（bǎ）’一樣的過程，就被稱為‘核反應’”。肖國（guó）青說,利用（yòng）重離子加（jiā）速器（qì）取得一係列基礎科學成果，比如合成研究20多種新核素並研究其衰變性質，首次測量21種（zhǒng）短壽命原子核質量。

由於在合成新核素領域中取得（dé）重大進展，國際原子核的（de）質量（liàng）評估（gū）發布權從（cóng）法國（guó）核譜質譜中心轉移至蘭（lán）州重離子加速器國家實驗室（shì）。2013年起，國際原子質量（liàng）評估工作由中科院近物所承擔，終結了國（guó）際原子質量評估工（gōng）作多年來為法（fǎ）國核（hé）譜質譜中心（xīn）“壟斷”的曆史。

“穿甲彈”治（zhì）癌分“敵我”

如今，國家累積投資重離子加速器逾10億元。重離子加速器每年還需1.1億元的費用運行和維護更新。也就是說，重離子加速器每開機1小時，就要花2萬多元。

這一耗時長、投入大的大科學裝置（zhì），對老（lǎo）百姓而言意義何在？

“一提起重離子加速器，蘭州人第一反應（yīng）是治療（liáo）癌症。對肺癌、肝癌乃至醫學界最頭疼的黑色素瘤，重離子（zǐ）治療的局部控製率在（zài）80％以上。”說到成果（guǒ）落（luò）地，肖國（guó）青直起了身子，“我們有深層和淺層治療兩個臨床（chuáng）治療試驗研究終端，與（yǔ）醫院合作利用重離子進行了臨床治療試驗前期研究。”

2006年11月（yuè），中科院近物（wù）所的重離子治療裝置迎來首個病（bìng）例，對癌症患者皮下深度約為1.5厘米的腫瘤進行試（shì）驗治療，10天的療程後，腫瘤已縮（suō）小近一（yī）半。

“雖然（rán）重離子（zǐ）也（yě）是一種射線（xiàn），但與當前醫院裏的X射線和γ射線相比，對人體副作用小，患者的生存質量也更高。”肖國青（qīng）解釋說，重（chóng）離子（zǐ）隻需用1/3的X射線照射時間就可殺死（sǐ）癌細胞。通過對患者進行CT、核磁共（gòng）振等定位，再製訂周密的治療計劃，重離子束深層治癌要治療10到12次，每次幾（jǐ）分鍾到十幾分鍾，遠低於放化（huà）療的（de）一個多月。

重離子治癌的最大優（yōu）勢來源於倒轉的深度劑量分布。常規射線會隨著深度增加呈現指數衰減（jiǎn）的形式，而重離（lí）子束進入身體後（hòu）能量（liàng）損失小（xiǎo），僅在最終停下的位置（zhì）才會釋（shì）放大部分能量，形成尖銳的劑量峰“布拉（lā）格峰”。

“常規射線呈現拋物線狀（zhuàng），隨著射程增大能量會遞（dì）減，到達病灶時劑量已降低，且在殺死（sǐ）、殺傷癌細胞的同時，也會誤傷正（zhèng）常（cháng）細胞。”看到（dào）記者有些不解，梁偉又拿出電腦及時科普，“重離子束抵達病灶前（qián）能量一直處於低穀，聚集的能量在射程的末端，抵達病灶時，分清‘敵我’的‘穿甲彈（dàn）’會（huì）精（jīng）準地痛（tòng）擊腫瘤，而且對周圍正常組織和敏感器官的（de）副作用小得多。”

當（dāng）前，我國每（měi）年新發癌症病例（lì）約320萬，因癌症死亡約250萬。重離子加速器每年可運（yùn）行230天，約為5500個小時,每台每年可治療1000至2000多個病人。麵對龐（páng）大基數的新發（fā）癌症患者，肖國青認為“再增加100台（tái）也不夠用。”

“蘭州重離子治（zhì）癌設備，在造價上與國外相（xiàng）比優勢明顯。德國產的重離子治癌設備報價在15億元左右，而中國造的設備（bèi）隻需約6億元。”肖（xiāo）國青透露，甘肅（sù）武威（wēi）的重離子腫瘤治療（liáo）中（zhōng）心正在安裝調試，爭取年（nián）內投入運行，預計一位患者治療費用在20萬元以內。

讓“綠草變紅花”

除去（qù）重離子治療腫瘤的基礎研究和關鍵技術攻關，蘭州重離子加速（sù）器還建成了單粒子效應地麵（miàn）模擬實驗平台，為衛（wèi）星和（hé）飛船上的航天半（bàn）導體（tǐ）器件抗輻射性能及其加固（gù）提供了關鍵的測（cè）試平台，為航（háng）天器的安全運行提供重要的技術保證；通過重離子輻照技術（shù），還研製成功多種新型材料……

讓近物所人更為自豪的是，在廣袤的大西北，利（lì）用重離子誘變技術培（péi）育出春小麥、甜高粱、當歸、瓜果（guǒ）、花卉等作物（wù）的優良新品種，以及微生物新菌種和（hé）新藥。

綠草變紅（hóng）花，在人們印（yìn）象中是（shì）童話般的美好。重離子加速器國家實驗室在生（shēng）物領域的研究，卻讓其從夢想走進現實。

2011年8月，中科院近物所科研人員利用蘭州重離子加速器提（tí）供的碳離子束，對白花紫露草（cǎo）進行了誘變育種，再三篩選後培育出穩定的白花紫露草色素突變體??“冬花夏葉”，從而實現了“綠草變紅花”。

“‘新品（pǐn）種（zhǒng）’白花紫（zǐ）露草，具（jù）有莖（jīng）杆紫色、葉片（piàn）會變為粉紅色（sè）等特點，粉色斑點顏色的深淺與麵積大小，還會（huì）隨溫（wēn）度發生變化。”肖國（guó）青說，其性狀穩定、觀賞價值也明顯提高，經科技成果鑒定達到（dào）國際先進水平。

花卉在（zài）經受（shòu）重離子（zǐ）輻照誘變時會為生活添彩，對農作物的安全性會產生影響嗎？肖國青坦言，輻射誘變育種不引（yǐn）入外（wài）來基因（yīn），當輻照劑（jì）量處（chù）於安全範疇時，不會引起毒理學的危害，公眾（zhòng）無需擔憂。

“我們和張掖市農科院合作選育出9個春小麥穩定突變新（xīn）品係及‘隴輻2號’小麥新品種，已成為河西走廊（láng）的主栽品種，取得社會經濟效益近8億元。”肖國青稱，培育的早（zǎo）熟甜高粱新品種，形成飼料、保健（jiàn）酒和酒精、糖和酵母（mǔ）的產業鏈。而對玉米、馬鈴薯、新疆棉花等作物的輻照，獲得相應的有益突變株係，目前正在（zài）選育新品（pǐn）係。