解放军报|重离子加速器如何检测“天问一号” 重离子加速器建设的单粒子效应地面模拟

：原题为_解放军报|重离子加速器如何检测“天问一号”。

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重离子加速器一角。图片来自网络
今年7月23日，我国首次发射火星探测器“天问一号” ，吸引了世人目光。 “天问一号”的轨道飞行器和火星巡视车搭载的科学载荷，要在太空成功“存活”并不容易，很可能受离子辐射而出现翻转失控、数据和图像无法传输等情况。
因此，在升空前，它们的元器件都需要在单粒子效应地面模拟实验平台进行离子检测。要建设这一平台，必须利用一种科学重器——重离子加速器。
这一科学重器，不仅航天领域离不开，在材料物理、生物农业、医疗等领域也是大放异彩，因此又有着新原理、新技术、新方法、新工艺“创新摇篮”的美誉。
基础领域研究催生“大科学工程”
“天问一号”正飞向火星。对于它的各种技术解读也纷至沓来：由于火星光照特殊， “天问一号”的太阳能电池板“翅膀”需要比月球探测器更大更灵活；从地面向“天问一号”发出一道指令，探测器要在23分钟以后才能执行， “天问一号”需要采用更大口径的天线；火星的重力不一样，特殊的动力特性给“天问一号”的结构强度、驱动力都提出了全新要求……
然而，有一个关键步骤鲜为人知——“单粒子效应评估” ，也就是离子检测。
大多数半导体器件受到宇宙中各种各样射线的辐射，会发生“单粒子效应” ，导致“罢工”失效。更严重者，辐射可能直接让航天器本身出现翻转失控、数据和图像无法传输等情况。 “天问一号”的本体是电子产品，也有很多半导体器件，在翱翔宇宙时这些器件难免会受到“太阳风”、紫外线、宇宙射线等的辐射。如果不解决“单粒子效应”问题， “天问一号”就飞不到火星。
能不能制造出抵御宇宙辐射的半导体器件？如何确定航天器的半导体器件能够抵御宇宙辐射？科学家们想到一个办法：将制造出来的半导体器件放在模拟宇宙射线的环境中接受检测，而后再采取应对之策。
科学家们将“重任”赋予重离子加速器，用它来模拟“制造”宇宙辐射，结果使问题迎刃而解。我国这次探火行动，就是预先利用重离子加速器对“天问一号”进行“淬火”的。
这是重离子加速器较为直观的应用方式。更多时候，它扮演的则是“幕后角色” ，在高能粒子物理、核天体物理等基础研究领域大放异彩。
对于基础研究领域，熟悉科幻小说《三体》的读者不会陌生。小说中，外星人仅利用一个“质子” ，便阻止了全人类科学的进步。这个情节虽然是科幻，但不得不承认的是，现代科学发展很大部分都依赖于基础研究的进步。而重离子加速器在世界科技发展史上就扮演了一个极其重要的角色。
重离子加速器从建造过程到实验终端，能带领一大批学科发展，派生很多全新技术。它是许多学科领域开展创新研究不可或缺的技术和手段支撑，是一个集基础研究、应用研究、技术开发于一体的综合性重大科技项目，是一个跨学科、跨领域、跨层次的复杂巨系统。同时，也是解决关键技术难题、催生战略新兴产业和提升国家整体科技实力的有效途径，具有重大战略价值。这也是我国早早地将重离子加速器确立为重点建设的“大科学工程”的原因所在。
别样的离子发射“大炮”
【解放军报|重离子加速器如何检测“天问一号”】重离子加速器，可简单理解为离子发射“大炮” 。它能将重离子加速到很高的速度，甚至接近光速，从而形成重离子束，并用于开展重离子物理研究。
一般来说，重离子加速器有4个基本组成部分：离子源，真空加速系统，导引、聚焦系统，实验终端。
离子源能为整个重离子加速器提供源源不断的离子，就像给整个大炮装填炮弹一样。