重离子加速器是全世界发达国家才具备的大科学装置，比如美国、欧洲、日本、德国等。在我们国家兰州也有这么一台大科学装置，这台大科学装置是分三个“五年计划”完成的，分别是在60年代、80年代和90年代。经过这三个“五年计划”的建设，从重离子能量来看，这个大科学工程在世界上排第4位，在亚洲排第一位。
今天我给大家介绍的是为什么要建造重离子加速器。
我们在中学都学习过元素周期表，在元素周期表上，每一种元素都是以中性原子存在的，原子核外面有电子，如果将核外的电子剥掉，它就形成离子，也就是带正电的原子核。自然界中有射线与重离子。什么是射线？比如太阳光、日光灯属于射线，还有医院使用的放疗射线，如X射线、光子等。射线是没有质量的，在放疗时，医生用的最重的粒子就是电子，但是电子的质量很轻，而重离子的质量很重，差距明显。
比如最轻的离子（也就是质子）的质量是电子的1836倍，碳离子是电子质量的22000倍。
这个大科学装置能用来干什么呢？从核素图上看，元素周期表上所有的元素就是这中间的一条黑线。横坐标是中子数，纵坐标是质子数，这条黑线叫稳定线，偏离稳定线的两边有很多核素，理论预言有8000多种，可是现在人类才发现3000多种。偏离稳定线的核素图的边界在什么地方，超出元素周期表还有没有其他元素？
这是核物理学家的研究目标。为什么要研究这样一些核物理呢？因为只有了解了这些核物理，我们才能够完善现有的核理论、核模型，最终彻底“驾驭”原子核，让原子核为人类做贡献。
大科学装置在科学上有它的贡献，那么对国家、社会有什么作用呢？大科学装置是国家战略科技力量储备，是新原理、新技术、新方法、新工艺的创新摇篮，在整个大科学工程建造过程中，可以派生很多的新技术，广泛应用于国防、工农业、人民生活健康等。
首先是在航天等交叉领域的应用。天上的卫星在太空中都会受到辐射，包括北斗卫星、宇宙飞船、嫦娥等飞行器的元器件，所以它们在上天之前需要做离子检测。航天领域：航天器件单粒子效应检测，星用器件筛选、加固措施验证、抗辐射性能评估。如果不做离子检测，上天之后受到离子照射就有可能会发生翻转，出现控制失灵，数据、图像传不回来等情况，所以在上天之前必须经过离子的检测进行加固。
此外，还有农业上的应用。
大家都知道，太空辐照诱变育种，就是将种子拿到卫星上，经过太空辐照，完成诱变育种。重离子育种的基本原理也是一样的，但它有一个区别，就是重离子的突变谱非常宽，可以产生更多高产、抗病虫害、耐高寒的种子。我们在河西走廊做了一个小麦品种，推广面积达到800余万亩，不但保持味道好，而且增产了12%。新疆种植了大量棉花，种植面积一望无际，但每年丰收的时候，需要很多人进行采摘，劳动量非常大，非常辛苦。
于是我们做了一个新品种，让棉花少长叶子，多长棉桃，并且棉桃长得更大一点，这样就可以实现高产，并方便采摘。
最后一个方面是重离子加速器在医疗领域的应用。核技术在医院已经得到广泛应用。我们到医院去看病，就会用到很多核技术。不管是拍片子，还是超声波、X光机、核磁共振、CT等都是核技术。今天着重说的是用重离子治疗肿瘤的技术。重离子：肿瘤克星。一般得了肿瘤，要么就是开刀，要么进行放疗、化疗。
这张照片是从网络下载的一个得了鼻咽癌的小女孩，鼻咽癌也是广东易发病种，经过5个月普通的放疗和化疗，就是刚才说的轻子射线放疗，5个月以后，一根头发也没有了，眉毛也没有了，只剩下一根眼睫毛。
重离子治疗装备国内外的发展。重离子治疗装备在国外的发展情况是这样的。日本在90年代建造了世界第一台重离子治疗装置，造价约10个亿人民币，运行费是每年约1.3个亿人民币，治疗病例已经超过2万。
日本重离子研究中心（8～10亿/台，运维1.3亿/年）。德国西门子造了4台装置，其中1台在上海医院，造价是15个亿以上，运行费也是每年1.3个亿。很遗憾，西门子现在把这个业务给停掉了。德国重离子研究中心（15～20亿/台，运维1.3亿/年）。咱们国产第一台重离子治疗装置在武威，2015年建成，它的造价约5.5个亿，运行维护费每年5千万左右，具有全部自主知识产权。
接下来介绍一下重离子的治疗效果。
2006年开始进行浅层肿瘤患者治疗研究，共治疗103例病人。这个病例是一个很大的肿瘤，经过重离子治疗后3个月就消掉了。对于恶性黑色素瘤，重离子治疗具有很好的疗效。2008年开始，我们又陆续治疗了110例深层肿瘤病人，包括肝癌、肺癌、脑胶质瘤、前列腺癌等，这些病人的疗效也非常好。我们跟踪了很长时间，有的跟踪了3年、5年、8年，跟常规射线相比，发现局部控制率以及生存率都要高出普通放疗的30%至40%。
武威这台装置，我们在2018年11月6日开始第一例临床治疗，根据国家卫健委的要求，共治疗了46例病人。2018年11月6日武威开始临床治疗。加上前面200多个病例，把这些病例集中在这么一张人体图上，可以看出重离子治疗适用于全身，头颈部、胸腔、盆腔等。武威临床试验及重离子适应症（涵盖全身各部位）。2018.11.6—2019.2.25，临床试验46例。
另外还有一些对常规射线不敏感的恶性肿瘤，如黑色素瘤、脑胶质瘤、脊索瘤、各个部位的肉瘤等，用轻子射线都不易治愈，只有重离子能够有效治疗。这46例病人，经过3个月观察，它的局部控制率达到100%，并且无一例二级以上的毒副作用。