孫良亭
2011年，美國伯克利實驗室的一場慶祝會上，科研人員舉杯歡慶高電荷態鈾束流突破300微安的里程碑，實驗室負責人感慨這是“多年夢寐以求的結果”。作為實驗參與成員，孫良亭站在人群中，既為參與這項科研突破而激動不已，也在心中埋下一個執念——有朝一日，要在自己的國家主導創造新的紀錄。
十幾年后，在中國科學院近代物理研究所（以下簡稱近代物理所）的超導離子源測試平臺上，重離子束流測試正在進行。研究員孫良亭緊盯著屏幕，跳動的束流數字最終定格在500多微安。這一數值將伯克利實驗室保持的世界紀錄提升了75%，標志著我國在重離子物理領域實現了從并跑到領跑的跨越，更為核裂變能和同位素搶占科技制高點專項提供了關鍵“源頭”技術支撐。
今年1月，孫良亭榮獲“中國科學院先進個人”稱號。
當旁觀者不如當參與者
束流強度的飛躍，根源在于核心裝備的自主創新。作為重離子加速器的“心臟”，離子源的性能直接決定了束流的品質與強度。
在核物理研究中，離子源可產生強流彈核離子，為探索物質微觀結構提供關鍵手段；在醫療領域，離子源支撐著重離子放療技術，助力實現癌癥的精準治療；在工業領域，離子注入技術能夠顯著提升材料性能，廣泛應用于半導體、航空航天等高端制造行業；在國家安全領域，離子源所產生的強流離子束還可用于核廢料處理、核檢測等重要應用場景。
沒有高性能的離子源，再精密的加速器也只是空殼。這是國際上始終將離子源技術視為戰略核心之一，嚴格限制技術轉移與合作的原因。
超導電子回旋共振（ECR）離子源技術代表著國際離子源技術的最高水平。然而，十多年前，我國高電荷態ECR離子源的部分核心技術仍長期依賴進口。
2012年，已在美國擁有穩定科研工作的孫良亭選擇回國加入近代物理所團隊，投身ECR離子源核心技術研發。“在海外做研究始終有種‘給別人打工’的感覺。與其做旁觀者，不如做參與者。”孫良亭說，國內惠州強流重離子加速器（HIAF）裝置等重大項目的推進，讓他看到了實現自我價值的廣闊空間。
孫良亭的第一個目標是研制第一臺全國產化的超導ECR離子源。可等待他的卻是國內相關技術空白與國際技術封鎖的雙重困境。
彼時，國內加速器超導磁體技術基礎薄弱，即便拿出全超導磁體的設計方案，也沒有一家單位具備相應的研發能力和生產工藝；而在國際上，超導ECR離子源磁體核心技術被少數發達國家壟斷，我國尋求合作更是難上加難。
“既然國內無法制造，就先引進國外先進技術。哪怕多花點錢，也要深度參與研制過程，把核心技術學過來、握在自己手里。”孫良亭說。
可在對外發出邀請后，日本企業卻以“無中國售后”為由直接拒絕投標，美國企業更是明確表示“無法與中國開展合作”，唯有曾經有過合作基礎的德國公司愿意坐下來談判。這一談就是一年多。最終，對方開出“高價”，孫良亭咬牙答應。
然而，就在合作談成的第二天，德國公司因內部問題面臨解散，項目經理遺憾地通知孫良亭“后會無期”。孫良亭對那段絕望的經歷記憶猶新。當時項目已啟動半年，若停滯不前，就會錯失國產化的最佳時機。
“沒有后路，只能自己闖出一條路。”孫良亭團隊把目光投向國內一家剛成立不久、位于西安的超導磁體技術公司。但對于ECR離子源所采用的復雜超導磁體，這家公司的團隊成員全是“新兵”。
于是，雙方抱著破釜沉舟的決心聯合攻關。孫良亭全程參與設計、調試，帶領團隊反復打磨。為解決裝配難題，他頻繁往返蘭州與西安之間，和團隊連夜復盤、反復試驗。即便是零基礎，憑借著團隊的齊心協力與對關鍵問題的精準把控，他們終于在2015年實現了ECR離子源超導磁體技術的國產化研制。
在“無人區”里啃下“硬骨頭”
第一臺全超導離子源的成功，只是萬里長征的第一步。要實現束流強度質的飛躍，必須攻克第四代超導離子源的核心技術——鈮三錫超導磁體技術。這一技術是國際前沿，此前僅有極少數國外實驗室掌握，且被嚴格禁止向我國轉讓。自2015年起，孫良亭團隊不得不進入“無人區”自主探索，這一干就是整整10年。
鈮三錫超導線圈的研制，從繞制開始就步步是坎。這種線圈并非簡單的圓形纏繞，而是根據離子源磁場構型需求設計的異型結構，半米長的1/2尺寸樣機線圈，光繞制成型就需要3個月，全尺寸近1米長的線圈耗費時間則更長。每一圈都要精準控制力度與間距，稍有偏差就會影響后續的超導性能。
為了保證精度，科研人員常常坐在操作臺前十幾個小時，目不轉睛地盯著線材在繞線機上移動的每一厘米，一舉一動都小心翼翼，一天下來手腕僵硬、眼睛酸澀。
“單個線圈造價非常昂貴，做廢一個就意味著上百萬元的損失。”孫良亭說，繞制完成后，線圈還要送入高溫爐中連續“烘烤”10天，其間需嚴格控制溫度與時間，稍有閃失就會影響鈮三錫相充分生成與最終超導性能的優劣。
繞制完成只是基礎，裝配環節更是堪比“在針尖上跳舞”。鈮三錫合金經熱處理后，硬度堪比陶瓷，韌性卻像干面條，用手輕輕一彈就會斷裂，而裝配精度要求必須控制在10微米以內，相當于一根頭發絲直徑的1/7。
那段時間，孫良亭帶著團隊天天泡在實驗室，翻遍各類文獻，通過一點點的線索整理與分析，與廠家制定了切實可行的逐步推進的研發策略。通過歷時兩年多的攻關，他們終于制備出第一個基本參數達到要求的鈮三錫線圈。
線圈有了，性能如何檢驗？測試環節又遇到了“攔路虎”。當時，國內根本沒有異型鈮三錫超導線圈的測試手段，就連可參考的設備都沒有。
團隊最初嘗試將線圈裝配在一個“精心設計”的工裝里，放入液氦低溫環境加電測試，結果線圈因電磁力不均勻膨脹，導線位移導致失超，實驗測試失敗。孫良亭沒有氣餒，他提出參考國際上的鏡像結構思路，和團隊一起打造屬于我們自己的鏡像結構測試系統，卻被國外同行潑冷水：“這可不是隨便能做成的。”
然而，這支平均年齡不到35歲的年輕團隊不信這個邪。在孫良亭的帶領下，他們自主設計、加工、調試，搭建測試系統。為了讓“鏡像結構”正常運行，團隊還自主開發了“液態膨脹預緊技術與工藝”，經過兩年反復實驗，批量化生產的金屬壓力囊承壓能穩定運行至50兆帕。通過一系列關鍵技術的突破，終于在2019年，半尺寸“鏡像測試結構”在國際上第一次成功高磁場測試了高場鈮三錫六極線圈。
2020年，通過自主研發的“高精度應變測量技術”“壓敏顯像技術”“鏡像測試結構”等測試分析技術與精確裝配方法，團隊實現了1/2長度樣機的高精度裝配。后續，團隊又用了兩年多時間，攻克了多線圈聯合測試、高磁場運行測試等一系列難題，為第四代超導離子源的成功研制奠定了堅實基礎。
把擅長的事做到極致
通過十余年深耕，孫良亭回國時立下的目標均已圓滿實現。他與團隊的科研成果，早已走出實驗室，成為支撐國家重大科技基礎設施建設的核心力量。由團隊研發的超導離子源新技術，已先后應用于“十二五”國家重大科技基礎設施強流重離子加速器裝置（HIAF）、中國超重元素研究加速器裝置（CAFE2），以及新一代普惠型重離子治療裝置（SIMM）中，為國家核科學研究、民生醫療等領域提供了堅實的技術支撐。
在離子源技術領域，孫良亭團隊創造并保持了絕大部分高電荷態重離子束流強度的世界紀錄。其中最令人振奮的便是將自然界最重元素鈾的離子束流強度提升至500多微安——這一突破，讓中國在該領域牢牢占據了國際領先地位。
獲評“中國科學院先進個人”后，孫良亭第一時間想到了恩師趙紅衛。在他心中，這份榮譽屬于整個團隊，也屬于引導他走上科研之路、與他并肩作戰的領路人。正是中國科學院院士趙紅衛等先行者20余年的技術積累與創新突破，如今我國高電荷態ECR離子源技術才能達到國際先進水平。而近代物理所站在國內核科學研究的前沿，正面臨如何全面滿足核科學與應用的發展需要、如何通過創新突破達到國際領先水平的新挑戰。
為了繼續發揚近代物理所老一輩科研工作者的優良傳統，孫良亭不僅在技術上銳意進取、攻堅克難，更在人才培養上傾盡全力。項目實施中，他主導年輕人打頭陣、練本領。在線圈繞制工藝優化過程中，年輕成員提出的“分段結構”方案曾引發爭議，有人擔心會增加成本與風險，孫良亭沒有否定，而是組織團隊進行模擬試驗，最終證明該方案能有效提升線圈性能。在面對重大分歧時，孫良亭敢于拍板，“出了問題我來兜底”，也允許團隊成員保留意見，后續再持續研討。正是這種開放包容、允許年輕人試錯的學術氛圍，讓團隊始終保持創新活力。
孫良亭說，如今這支團隊中年輕人是主力，“他們敢想敢干，是中國離子加速領域的未來”。而他這位“老研究員”則會堅守陣地，繼續在離子加速器領域深耕，把擅長的事做到極致。