ADS先导专项强流质子超导直线加速器原型样机连续波质子束成功出束

  

  1124日,近代物理研究所承建的ADS先导专项强流质子超导直线加速器注入器II低能段原型样机,成功引出能量2.68MeV、最大流强3.6mA的连续波质子束,束流功率达到9.6kW,是目前国际上连续束运行的超导质子直线加速器中束流功率最高的,也是我国首次实现超导高频腔加速毫安级连续波质子束。这标志着我国强流质子超导直线加速器技术进入国际先进行列。 

  该超导加速单元成功实现连续波质子束加速,是继RFQ加速器实现10mA连续波质子束加速后,ADS先导专项直线加速器取得的又一重大突破,表明我国已掌握低β超导腔、功率耦合器、频率调谐、低电平控制、低温恒温器、大型低温回路、束流诊断、功率源等集成技术及强流束加速关键技术,这为建造大型高能量强流质子超导直线加速器奠定了基础。 

  该低能量强流质子超导直线加速器由质子源、常温RFQ加速器、中能传输线和单超导腔低温恒温器构成。在束流调试中,强流质子束通过超导加速单元加速,持续运行36个小时;在能量2.68MeV的条件下,最高连续波运行流强3.6mA;以3.4mA(束流功率大于9kW)连续波模式不间断运行达3小时。这在国际上连续波质子超导直线加速器领域尚属首次。 

  该加速器系统中的RFQ由近代物理所与美国LBNL国家实验室联合研制,其余关键子系统和设备全部由近代物理所联合国内相关单位自主研制,经过一系列技术攻关和样机研制,才逐渐进入了加速器分段调试和总体联调。此次束流调试的成功,不仅验证了ADS质子超导直线加速器低能段的关键技术,也肯定了各子系统在分项技术上的成功突破,是对团队成员前期努力的肯定和巨大鼓舞。 

  强流质子超导直线加速器是ADS嬗变装置的三大系统之一,是国际加速器领域极具挑战性的研究课题,目前世界上有多个研究机构都在开展强流质子超导直线加速器关键技术的研究。近代物理所直线加速器小组在研制过程中取得的一系列突破性进展,以及所展示的关键技术和优越的性能,对国际上该领域的发展将起到重要的推动作用。 

  中科院高能物理所、上海应用物理所、哈尔滨工业大学和北京大学等单位参与了该项目的合作。该研究得到中科院先导专项、基金委核能重大专项和科技部“973计划”等资助。 

  

   图1  2.5 MeV强流超导质子直线加速器 

       

   图2  超导直线加速器束流运行的历史记录