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强流质子超导直线加速器原型样机成功引出~11m

添加时间:2018/04/06

  中国科学院战略性先导科技专项(A类)“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”(简称ADS先导专项)超导直线加速器团队,经过数昼夜的不懈努力,于2月13日凌晨在ADS强流质子超导直线加速器注入器II原型样机上成功实现了超导腔稳定加速~11mA流强的连续波(CW)质子束,最高束流功率达到~30kW。这是国际上首个束流流强符合ADS系统要求的前端超导加速器样机,也是目前国际上超导直线加速器的最高CW流强(国外3.6 MeV@1.6mA,束流功率5.7kW),标志着我国在ADS系统研究领域以及强流质子超导直线加速器技术的创新研发能力达到国际领先水平。

  该超导直线注入器原型样机集成了质子源、常温射频四极加速器(RFQ)、射频超导加速单元等系列核心关键技术。在CW质子束稳定性测试中,RFQ引出强流质子束能量2.15MeV,162.5MHz半波长型(HWR)超导腔将质子束加速到2.55MeV。测试过程中,流强~11mA的稳定运行时间达到1小时,各系统性能在整个测试过程中可靠稳定。

  在该加速器系统中,除RFQ加速器由中科院近代物理研究所与美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)联合设计外,射频超导测试加速单元(TCM1)和其余关键子系统及设备全部由国内自主研制。在先期取得3.4mA CW模式4小时稳定运行的基础上,团队成员日以继夜、连续奋战,协力创新,克服种种困难,深入分析并逐一解决了前期运行中发现的RFQ与超导腔联合运行的大量问题,终于成功实现了ADS超导加速器样机~11mA CW模式的稳定运行,为ADS先导专项的后续工作奠定了坚实基础。

  ADS先导专项超导直线加速器团队以中科院近代物理所、高能物理研究所科研人员为主组成,得到了中科院上海应用物理研究所、哈尔滨工业大学、北京大学等单位的大力支持和积极参与。同时,该项研究还得到了国家自然科学基金委员会“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”重大研究计划和科技部“973计划”等的资助。

  

  图1 ADS前端注入器原型样机

  

  图2 ~11mA连续波质子束1小时连续运行的测试记录

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