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百科

作者：叶满山来源：中国科学报发布时间：2026/3/4 8:57:09 选择字号：小中大

他为重离子束流纪录烙上“中国印”

孙良亭叶满山/摄

■本报记者叶满山

2011年，美国伯克利实验室的一场庆祝会上，科研人员举杯欢庆高电荷态铀束流突破300微安的里程碑，实验室负责人感慨这是“多年梦寐以求的结果”。作为实验参与成员，孙良亭站在人群中，既为参与这项科研突破而激动不已，也在心中埋下一个执念——有朝一日，要在自己的国家主导创造新的纪录。

十几年后，在中国科学院近代物理研究所（以下简称近代物理所）的超导离子源测试平台上，重离子束流测试正在进行。研究员孙良亭紧盯着屏幕，跳动的束流数字最终定格在500多微安。这一数值将伯克利实验室保持的世界纪录提升了75%，标志着我国在重离子物理领域实现了从并跑到领跑的跨越，更为核裂变能和同位素抢占科技制高点专项提供了关键“源头”技术支撑。

今年1月，孙良亭荣获“中国科学院先进个人”称号。

当旁观者不如当参与者

束流强度的飞跃，根源在于核心装备的自主创新。作为重离子加速器的“心脏”，离子源的性能直接决定了束流的品质与强度。

在核物理研究中，离子源可产生强流弹核离子，为探索物质微观结构提供关键手段；在医疗领域，离子源支撑着重离子放疗技术，助力实现癌症的精准治疗；在工业领域，离子注入技术能够显著提升材料性能，广泛应用于半导体、航空航天等高端制造行业；在国家安全领域，离子源所产生的强流离子束还可用于核废料处理、核检测等重要应用场景。

没有高性能的离子源，再精密的加速器也只是空壳。这是国际上始终将离子源技术视为战略核心之一，严格限制技术转移与合作的原因。

超导电子回旋共振（ECR）离子源技术代表着国际离子源技术的最高水平。然而，十多年前，我国高电荷态ECR离子源的部分核心技术仍长期依赖进口。

2012年，已在美国拥有稳定科研工作的孙良亭选择回国加入近代物理所团队，投身ECR离子源核心技术研发。“在海外做研究始终有种‘给别人打工’的感觉。与其做旁观者，不如做参与者。”孙良亭说，国内惠州强流重离子加速器（HIAF）装置等重大项目的推进，让他看到了实现自我价值的广阔空间。

孙良亭的第一个目标是研制第一台全国产化的超导ECR离子源。可等待他的却是国内相关技术空白与国际技术封锁的双重困境。

彼时，国内加速器超导磁体技术基础薄弱，即便拿出全超导磁体的设计方案，也没有一家单位具备相应的研发能力和生产工艺；而在国际上，超导ECR离子源磁体核心技术被少数发达国家垄断，我国寻求合作更是难上加难。

“既然国内无法制造，就先引进国外先进技术。哪怕多花点钱，也要深度参与研制过程，把核心技术学过来、握在自己手里。”孙良亭说。

可在对外发出邀请后，日本企业却以“无中国售后”为由直接拒绝投标，美国企业更是明确表示“无法与中国开展合作”，唯有曾经有过合作基础的德国公司愿意坐下来谈判。这一谈就是一年多。最终，对方开出“高价”，孙良亭咬牙答应。

然而，就在合作谈成的第二天，德国公司因内部问题面临解散，项目经理遗憾地通知孙良亭“后会无期”。孙良亭对那段绝望的经历记忆犹新。当时项目已启动半年，若停滞不前，就会错失国产化的最佳时机。

“没有后路，只能自己闯出一条路。”孙良亭团队把目光投向国内一家刚成立不久、位于西安的超导磁体技术公司。但对于ECR离子源所采用的复杂超导磁体，这家公司的团队成员全是“新兵”。

于是，双方抱着破釜沉舟的决心联合攻关。孙良亭全程参与设计、调试，带领团队反复打磨。为解决装配难题，他频繁往返兰州与西安之间，和团队连夜复盘、反复试验。即便是零基础，凭借着团队的齐心协力与对关键问题的精准把控，他们终于在2015年实现了ECR离子源超导磁体技术的国产化研制。

在“无人区”里啃下“硬骨头”

第一台全超导离子源的成功，只是万里长征的第一步。要实现束流强度质的飞跃，必须攻克第四代超导离子源的核心技术——铌三锡超导磁体技术。这一技术是国际前沿，此前仅有极少数国外实验室掌握，且被严格禁止向我国转让。自2015年起，孙良亭团队不得不进入“无人区”自主探索，这一干就是整整10年。

铌三锡超导线圈的研制，从绕制开始就步步是坎。这种线圈并非简单的圆形缠绕，而是根据离子源磁场构型需求设计的异型结构，半米长的1/2尺寸样机线圈，光绕制成型就需要3个月，全尺寸近1米长的线圈耗费时间则更长。每一圈都要精准控制力度与间距，稍有偏差就会影响后续的超导性能。

为了保证精度，科研人员常常坐在操作台前十几个小时，目不转睛地盯着线材在绕线机上移动的每一厘米，一举一动都小心翼翼，一天下来手腕僵硬、眼睛酸涩。

“单个线圈造价非常昂贵，做废一个就意味着上百万元的损失。”孙良亭说，绕制完成后，线圈还要送入高温炉中连续“烘烤”10天，其间需严格控制温度与时间，稍有闪失就会影响铌三锡相充分生成与最终超导性能的优劣。

绕制完成只是基础，装配环节更是堪比“在针尖上跳舞”。铌三锡合金经热处理后，硬度堪比陶瓷，韧性却像干面条，用手轻轻一弹就会断裂，而装配精度要求必须控制在10微米以内，相当于一根头发丝直径的1/7。

那段时间，孙良亭带着团队天天泡在实验室，翻遍各类文献，通过一点点的线索整理与分析，与厂家制定了切实可行的逐步推进的研发策略。通过历时两年多的攻关，他们终于制备出第一个基本参数达到要求的铌三锡线圈。

线圈有了，性能如何检验？测试环节又遇到了“拦路虎”。当时，国内根本没有异型铌三锡超导线圈的测试手段，就连可参考的设备都没有。

团队最初尝试将线圈装配在一个“精心设计”的工装里，放入液氦低温环境加电测试，结果线圈因电磁力不均匀膨胀，导线位移导致失超，实验测试失败。孙良亭没有气馁，他提出参考国际上的镜像结构思路，和团队一起打造属于我们自己的镜像结构测试系统，却被国外同行泼冷水：“这可不是随便能做成的。”

然而，这支平均年龄不到35岁的年轻团队不信这个邪。在孙良亭的带领下，他们自主设计、加工、调试，搭建测试系统。为了让“镜像结构”正常运行，团队还自主开发了“液态膨胀预紧技术与工艺”，经过两年反复实验，批量化生产的金属压力囊承压能稳定运行至50兆帕。通过一系列关键技术的突破，终于在2019年，半尺寸“镜像测试结构”在国际上第一次成功高磁场测试了高场铌三锡六极线圈。

2020年，通过自主研发的“高精度应变测量技术”“压敏显像技术”“镜像测试结构”等测试分析技术与精确装配方法，团队实现了1/2长度样机的高精度装配。后续，团队又用了两年多时间，攻克了多线圈联合测试、高磁场运行测试等一系列难题，为第四代超导离子源的成功研制奠定了坚实基础。

把擅长的事做到极致

通过十余年深耕，孙良亭回国时立下的目标均已圆满实现。他与团队的科研成果，早已走出实验室，成为支撑国家重大科技基础设施建设的核心力量。由团队研发的超导离子源新技术，已先后应用于“十二五”国家重大科技基础设施强流重离子加速器装置（HIAF）、中国超重元素研究加速器装置（CAFE2），以及新一代普惠型重离子治疗装置（SIMM）中，为国家核科学研究、民生医疗等领域提供了坚实的技术支撑。

在离子源技术领域，孙良亭团队创造并保持了绝大部分高电荷态重离子束流强度的世界纪录。其中最令人振奋的便是将自然界最重元素铀的离子束流强度提升至500多微安——这一突破，让中国在该领域牢牢占据了国际领先地位。

获评“中国科学院先进个人”后，孙良亭第一时间想到了恩师赵红卫。在他心中，这份荣誉属于整个团队，也属于引导他走上科研之路、与他并肩作战的领路人。正是中国科学院院士赵红卫等先行者20余年的技术积累与创新突破，如今我国高电荷态ECR离子源技术才能达到国际先进水平。而近代物理所站在国内核科学研究的前沿，正面临如何全面满足核科学与应用的发展需要、如何通过创新突破达到国际领先水平的新挑战。

为了继续发扬近代物理所老一辈科研工作者的优良传统，孙良亭不仅在技术上锐意进取、攻坚克难，更在人才培养上倾尽全力。项目实施中，他主导年轻人打头阵、练本领。在线圈绕制工艺优化过程中，年轻成员提出的“分段结构”方案曾引发争议，有人担心会增加成本与风险，孙良亭没有否定，而是组织团队进行模拟试验，最终证明该方案能有效提升线圈性能。在面对重大分歧时，孙良亭敢于拍板，“出了问题我来兜底”，也允许团队成员保留意见，后续再持续研讨。正是这种开放包容、允许年轻人试错的学术氛围，让团队始终保持创新活力。

孙良亭说，如今这支团队中年轻人是主力，“他们敢想敢干，是中国离子加速领域的未来”。而他这位“老研究员”则会坚守阵地，继续在离子加速器领域深耕，把擅长的事做到极致。

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