高加速梯度高品質(zhì)因數(shù)1.3 GHz超導(dǎo)加速模組研制取得重大進(jìn)展
2024年9月2日-3日,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院在上海光源科學(xué)中心組織召開(kāi)了“高加速梯度高品質(zhì)因數(shù)1.3 GHz超導(dǎo)加速模組”測(cè)試鑒定會(huì)。1.3 GHz超導(dǎo)加速模組是X射線(xiàn)自由電子激光和粒子對(duì)撞機(jī)等大科學(xué)裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備。中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院自主攻克了超導(dǎo)加速模組系列重大關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了超越現(xiàn)有國(guó)際最高水平的射頻性能,標(biāo)志著我國(guó)在超導(dǎo)加速技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。
專(zhuān)家組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明,該超導(dǎo)加速模組在連續(xù)波模式166.05 MV腔壓下穩(wěn)定工作,八腔均為20 MV/m,2K總熱負(fù)載為104.9 W,模組品質(zhì)因數(shù)Q0為4.0×1010;模組在連續(xù)波模式223.77 MV腔壓下穩(wěn)定工作,2K總熱負(fù)載為194.9 W,模組品質(zhì)因數(shù)Q0為3.4×1010;模組在連續(xù)波模式241.31 MV腔壓下穩(wěn)定工作,2K總熱負(fù)載為236.4W,模組品質(zhì)因數(shù)Q0為3.2×1010;模組在占空比10%脈沖模式247.55 MV腔壓下穩(wěn)定工作;模組在所有測(cè)量工況下均無(wú)場(chǎng)致發(fā)射。
專(zhuān)家組認(rèn)為,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院研制的中溫烘烤工藝1.3 GHz超導(dǎo)加速模組(8×9-cell腔)的加速梯度和品質(zhì)因數(shù),以及高功率輸入耦合器射頻老煉功率等性能,滿(mǎn)足了強(qiáng)流連續(xù)波電子加速器超導(dǎo)加速模組的要求。該模組的總腔壓和品質(zhì)因數(shù)超過(guò)了國(guó)際上已有同類(lèi)型超導(dǎo)加速模組的水平。該模組的成功研制,為建設(shè)高品質(zhì)因數(shù)強(qiáng)流超導(dǎo)加速器進(jìn)一步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),也為其在高品質(zhì)因數(shù)、高加速梯度超導(dǎo)加速器上的應(yīng)用提供了可能性。
中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院承擔(dān)了上海市市級(jí)科技重大專(zhuān)項(xiàng)“硬X射線(xiàn)自由電子激光關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及集成測(cè)試”和國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“硬X射線(xiàn)自由電子激光裝置”的超導(dǎo)加速器建設(shè)。基于前期建立起的超導(dǎo)腔表面處理平臺(tái)(無(wú)錫平臺(tái))、模組總裝和測(cè)試平臺(tái),從2021年起,模組團(tuán)隊(duì)攻克了腔串超凈組裝、模組總裝集成、整機(jī)消磁、快速降溫和老煉測(cè)試中遇到的諸多技術(shù)難題,形成了一套完整的組裝規(guī)范流程,先后研制出BCP工藝八腔模組樣機(jī)、高Q工藝八腔模組樣機(jī)、注入器單腔模組和ABBA型八腔模組和主加速器L1段摻氮八腔模組CM01,同時(shí)培養(yǎng)了一支高水平的技術(shù)隊(duì)伍。本次測(cè)試的高加速梯度高品質(zhì)因數(shù)超導(dǎo)加速模組安裝了八支全國(guó)產(chǎn)超導(dǎo)腔,八套國(guó)產(chǎn)高功率輸入耦合器以及國(guó)產(chǎn)超導(dǎo)磁鐵、低溫恒溫器等關(guān)鍵部件。超導(dǎo)加速模組2024年7月在中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院完成總裝,并交至測(cè)試平臺(tái)開(kāi)展射頻性能水平測(cè)試。
該超導(dǎo)加速模組的成功研制,為我國(guó)正在建設(shè)及規(guī)劃中的多個(gè)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,如上海硬X射線(xiàn)自由電子激光裝置、深圳中能高重復(fù)頻率X射線(xiàn)自由電子激光裝置、未來(lái)高能環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等超導(dǎo)加速模組的研制和批量生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
該超導(dǎo)加速模組由張江實(shí)驗(yàn)室立項(xiàng),中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院承擔(dān)研制,研制過(guò)程中得到了上海市市級(jí)科技重大專(zhuān)項(xiàng)“硬X射線(xiàn)自由電子激光關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及集成測(cè)試”、國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“上海硬X射線(xiàn)自由電子激光裝置”、國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
測(cè)試鑒定專(zhuān)家組由來(lái)自中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所及深圳綜合粒子設(shè)施研究院的12位專(zhuān)家組成。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所潘衛(wèi)民研究員擔(dān)任鑒定專(zhuān)家組組長(zhǎng)。

圖1 水平測(cè)試隧道內(nèi)的1.3 GHz超導(dǎo)加速模組

圖2 專(zhuān)家組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

圖3 測(cè)試鑒定專(zhuān)家組與項(xiàng)目組合影
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