En la península de Renping, Huizhou, en la provincia de Guangdong, se alzan varios edificios rojos, dos de los cuales resultan especialmente llamativos: uno con forma de triángulo de esquinas redondeadas y otro que parece una pista de atletismo gigante. A 13 metros bajo tierra, se oculta un túnel de dos kilómetros de longitud. Lo que alberga es nada menos que la gran infraestructura científica nacional: el dispositivo de Acelerador de Iones Pesados de Alta Intensidad de Corriente (HIAF, por sus siglas en inglés).

El 21 de julio, el HIAF superó con éxito la aceptación técnica del proceso. El grupo de expertos encargado de la aceptación coincidió en que el rendimiento integral del HIAF ha alcanzado un nivel líder entre instalaciones similares a nivel internacional, logrando un desarrollo trascendental para el acelerador de iones pesados de alta intensidad de corriente de China. Con esto, todos los contenidos de construcción de este proyecto han concluido, la instalación ha entrado oficialmente en operación de prueba y ha comenzado a abrir sus puertas a la investigación científica.

“El HIAF es la primera instalación avanzada de investigación de iones pesados del mundo que integra un acelerador lineal superconductor, un sincrotrón y un anillo de almacenamiento”, explicó Yang Jiancheng, subdirector del Instituto de Física Moderna de la Academia China de Ciencias y director general de ingeniería del Acelerador de Iones Pesados de Alta Intensidad de Corriente. Proporciona el haz de iones pesados de mayor intensidad de pulso a nivel internacional, está equipado con el espectrómetro de anillo de masas de mayor precisión y ofrece una plataforma de investigación de primer nivel para la vanguardia de la física nuclear y las aplicaciones importantes de los iones pesados.

Propuesta innovadora de un nuevo esquema de “difuminado en el espacio de fases de seis dimensiones”

¿Qué es exactamente el HIAF? Yang Jiancheng lo explicó con una analogía: es a la vez un “supermicroscopio” y un “cañón de iones”.

En términos sencillos, un acelerador de iones pesados utiliza métodos artificiales para generar haces de iones a alta velocidad, que impactan con precisión en un material objetivo, produciendo una gran cantidad de fragmentos de partículas. Los científicos analizan luego estos fragmentos para desentrañar capa por capa la estructura microscópica interna de la materia.

Ya en la década de 1980, China construyó su primer gran acelerador de iones pesados: el Acelerador de Iones Pesados de Lanzhou. ¿Por qué construir entonces el HIAF? Yang Jiancheng respondió con una sonrisa: “A medida que la investigación científica avanza hacia lo extremadamente microscópico y hacia condiciones extremas, construir aceleradores de iones pesados de alto rendimiento y alta intensidad de corriente se ha convertido en una necesidad urgente para impulsar el desarrollo de la física nuclear de vanguardia”.

El Instituto de Física Moderna de la Academia China de Ciencias propuso en 2009 la construcción del HIAF. En diciembre de 2018, el HIAF inició oficialmente su construcción en Huizhou y, en octubre de 2025, logró producir su primer haz de partículas con éxito.

El punto de partida de toda la instalación se encuentra a 13 metros bajo tierra, donde se halla una fuente de iones superconductora. Su función es eliminar parte de los electrones de los átomos, convirtiéndolos en iones cargados y proporcionándoles una energía inicial.

El indicador más central de los aceleradores de nueva generación es la “alta intensidad de corriente”. Cómo lograr que la fuente de iones genere haces más intensos es también un foco de investigación internacional actual. “Esta es la primera fuente de iones ECR (Resonancia Ciclotrónica Electrónica) superconductora de cuarta generación del mundo, desarrollada por nosotros mismos”, señaló Shen Guodong, responsable del Departamento General del Acelerador del Centro de Tecnología de Aceleradores, señalando una gran máquina blanca. “El equipo elevó la frecuencia de microondas a 45 gigahercios, estableciendo un récord internacional de mayor intensidad de corriente para fuentes de iones ECR”.

Esta fuente de iones adopta un modo de operación de haz pulsado que, mediante un control temporal preciso, permite la extracción instantánea del haz de iones en condiciones óptimas. “Este proceso es como ajustar con precisión el acelerador y el tiempo de encendido de un motor, de modo que el haz de iones alcance su estado óptimo de funcionamiento en el ‘momento de la salida’”, explicó Shen Guodong.

La innovación va mucho más allá. Para acumular una gran cantidad de partículas hasta alcanzar una intensidad de corriente ultraalta, también es necesario mantenerlas ordenadas y sin perturbaciones, un desafío de clase mundial que no ha tenido avances significativos a nivel internacional en más de 20 años. El equipo propuso un método completamente nuevo de “difuminado en el espacio de fases de seis dimensiones + apilamiento con reloj independiente”, que no solo amplía el método de inyección, antes limitado al espacio bidimensional, a seis dimensiones, sino que también rompe la limitación de la relación de perímetros.

“Esto es como organizar primero una coreografía de formación para miles de millones de ‘balas de iones’, dispersándolas uniformemente en el espacio de fases, y luego usar un reloj independiente para dirigir con precisión los iones, inyectándolos en el acelerador principal en lotes y de manera intercalada”, explicó Yang Jiancheng de forma gráfica. “Se logra una sincronización sin interferencias a nivel de milisegundos, acumulando finalmente el haz de iones de alta intensidad y alta calidad requerido para los experimentos”.

Fue precisamente este avance el que permitió que la ganancia de acumulación de intensidad de corriente del HIAF aumentara 10 veces en comparación con el nivel internacional más alto, y que la pérdida de haz se redujera en un orden de magnitud.

Récord mundial batido en intensidad de pulso de haces de iones pesados

“Los equipos centrales del HIAF se han producido íntegramente en China”, afirmó Yang Jiancheng con orgullo. “¡Hemos construido el acelerador de iones pesados con la mayor intensidad de pulso del mundo!”

Esta confianza proviene de la perseverancia del equipo durante dieciséis años y de su determinación para abordar los problemas más difíciles.

Para que el haz de iones pesados circule sin obstáculos, el equipo primero tuvo que construir una “autopista”: el tubo de vacío. “Los iones pesados recorren aproximadamente cientos de miles de vueltas por segundo. Esta escena tan intensa no admite ni una mota de polvo; de lo contrario, el haz colisionaría con las moléculas de gas y sufriría un ‘accidente’”, reveló Jiao Jiqiang, ingeniero del Departamento de Tecnología de Vacío del Centro de Tecnología de Aceleradores, su truco exclusivo: la cámara de vacío extremo de pared ultradelgada con revestimiento interno de esqueleto, una primicia mundial.

La piel de esta cámara de vacío es tan fina como una ala de cigarra, con un grosor de solo 0,3 milímetros, equivalente a tres hojas de papel A4 apiladas; en su interior está sostenida por un esqueleto de aleación de titanio impreso en 3D, con un grosor de solo 4 milímetros. El nivel de vacío en su interior es incluso superior al de la superficie lunar. Además, este diseño no solo es resistente y tiene bajas corrientes parásitas, sino que también reduce significativamente el costo de la obra.

Correr rápido no es suficiente; también hay que correr con estabilidad. En el sistema de alimentación eléctrica del HIAF, la fuente de alimentación de pulso del imán dipolo del reforzador desempeña el papel de “timonel preciso” para la operación del haz. El equipo desarrolló la primera fuente de alimentación de pulso rápido de ciclo completo con almacenamiento de energía y preexcitación variable no resonante del mundo, resolviendo el problema de los cambios extremadamente rápidos de corriente y el control de alta precisión durante la operación pulsada de la fuente de alimentación.

Esta fuente de alimentación logra la velocidad de aumento de corriente más rápida del mundo, de 38.000 amperios por segundo, con un error de seguimiento inferior a 0,2 amperios. “Esto equivale a un auto de carreras superdeportivo que viaja a unos 140.000 kilómetros por hora por una autopista de Beijing a Shanghái, sin desviarse de su carril más de 20 centímetros en todo el trayecto”, explicó Wang Xiaojun, subdirector del Departamento de Tecnología de Fuentes de Alimentación del Centro de Tecnología de Aceleradores.

Para que el haz continúe “corriendo”, se necesita un suministro constante de energía. Acelerar el haz de iones pesados hasta altas energías requiere del “super motor” del haz: el sistema de radiofrecuencia. Sin embargo, el componente central de este sistema, el “anillo de aleación magnética enfriado por aceite de gran tamaño”, enfrentó una estricta prohibición de venta y un bloqueo tecnológico por parte de países extranjeros.

“Cuando la instalación comenzó oficialmente su construcción, este componente aún no se había desarrollado, y la presión sobre todos era enorme”, recordó Cong Yan, director del Departamento de Tecnología de Radiofrecuencia del Centro de Tecnología de Aceleradores. En ese momento, la cooperación con varios fabricantes nacionales avanzaba lentamente y las muestras difícilmente cumplían los requisitos. Partiendo de los materiales de origen, realizaron experimentos repetidos y finalmente lograron desarrollar con éxito anillos de aleación magnética de alto rendimiento de fabricación nacional, cuyos parámetros de rendimiento centrales superan en más del 60% a los productos similares internacionales.

Gracias a la innovación autónoma en toda la cadena, el HIAF logró la conexión completa de la línea de haz de 2 kilómetros en 16 horas, estableciendo un nuevo récord mundial en la velocidad de puesta en servicio del haz para instalaciones similares. Las intensidades de corriente típicas de los haces de iones de oxígeno y de iones de bismuto del HIAF batieron récords internacionales, superando los mejores indicadores internacionales anteriores en 3 y 7,5 veces respectivamente. Muchos experimentos que antes requerían meses o incluso años para acumular datos podrían completarse en el futuro en cuestión de días o incluso horas.

Posibilidad de sintetizar nuevos elementos propios de China

La línea de haz del HIAF tiene una longitud total de 2 kilómetros y está equipada con 6.000 equipos de gran tamaño, más de 5 millones de componentes y 1,5 millones de metros de tuberías de proceso. Para una instalación científica de tan gran escala y complejidad sistémica, a nivel internacional se suelen necesitar de dos a tres años para su instalación, pero el equipo del HIAF construyó una plataforma colaborativa de gemelo digital para todo el sistema, logrando reducir el período de construcción a solo 8 meses. Actualmente, esta tecnología se ha extendido a la construcción de múltiples grandes infraestructuras científicas, como la Fuente de Luz Avanzada de Hefei y las Instalaciones de Láser de Atosegundos Avanzado.

Como la primera gran infraestructura científica de acelerador del mundo con configuración de “línea recta superconductora + sincrotrón de ciclo rápido + anillos de almacenamiento en cascada”, la singular configuración “triple” del HIAF aporta dos ventajas centrales: primero, la cobertura de todo tipo de iones, lo que satisface las necesidades de investigación en múltiples disciplinas; segundo, la intensidad de corriente ultraalta, que permite proporcionar datos experimentales más abundantes, generar más núcleos nuevos que antes eran difíciles de producir y ayudar a los científicos a descubrir nuevos fenómenos físicos.

Yang Jiancheng declaró con gran expectativa: “Con esta gran infraestructura científica, los científicos chinos tienen la esperanza de sintetizar nuevos elementos propios de China y plantar la bandera roja de cinco estrellas en la tabla periódica de los elementos”. Actualmente, la tabla periódica cuenta con 118 elementos y el séptimo período está completo. Estados Unidos, Rusia, Alemania, Japón y otros países han sintetizado con éxito 15 nuevos elementos y los han nombrado en honor a sus países o lugares. Explorar la síntesis de los nuevos elementos 119 y 120 es uno de los objetivos científicos importantes del HIAF.

Además de explorar los límites de existencia del núcleo atómico, una vez que la instalación entre en funcionamiento, también se centrará en revelar los procesos astrofísicos nucleares, impulsar el desarrollo de la energía nuclear y las aplicaciones multidisciplinarias. Por ejemplo, el HIAF también puede utilizarse para pruebas de resistencia a la radiación de naves espaciales, impulsar el desarrollo de la energía nuclear y la investigación de materiales funcionales, y desempeñará un papel enorme en el bienestar público, como promover la investigación y el desarrollo de la terapia de iones pesados contra el cáncer y los fármacos de isótopos médicos, y aplicarse en el mejoramiento de cultivos y la conservación de alimentos. Actualmente, un nuevo dispositivo de radioterapia de iones pesados de tipo universal, basado en la transferencia de tecnología avanzada del HIAF, ya se ha instalado en el Hospital Popular del Centro de Huizhou.

Cabe destacar que el equipo también ha dejado un margen para el futuro. “El túnel del acelerador lineal superconductor tiene casi 400 metros de longitud; actualmente se han instalado más de 100 metros, y los más de 200 metros restantes están reservados específicamente para futuras actualizaciones e iteraciones”, explicó Shen Guodong. Este diseño con visión de futuro permite que la gran infraestructura científica se adapte con tranquilidad a las necesidades de investigación científica en constante evolución.

“De la nada a la existencia, de seguir a liderar, hemos grabado la solución china en el mapa tecnológico mundial y hemos construido un ‘arma nacional’ que lidera la vanguardia de la física nuclear y las aplicaciones importantes”, afirmó Yang Jiancheng. En este nuevo punto de partida, espera poder proporcionar a los usuarios haces de alta calidad y alto rendimiento, contribuyendo a la producción de logros importantes.