作者:刘如楠 来源:中国科学报 发布时间:2021/2/18 11:57:53
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我国强流高功率质子加速器创世界纪录

 

近日,记者从中国科学院近代物理研究所获悉,该所独立自主研制的加速器驱动次临界系统(ADS)超导直线加速器样机在国际上首次实现束流强度10毫安连续波质子束176千瓦运行指标,并于2月12日凌晨2:20,实现10毫安束流稳定运行。事实上,采用全超导直线加速器加速5毫安以上连续波质子束此前从未在国际上被验证或实现。

ADS是加速器和反应堆的“结合体”,可将乏燃料中那些半衰期高达数十万年的放射性废物变成几百年的短寿命废物,将短寿命废物变成裂变产物,并在此过程中发电。

射频超导强流高功率质子直线加速器是ADS三大关键系统之一。强流高功率离子束是核科学和核技术前沿,也是各发达国家争相抢占的战略高地。实现10毫安连续波强流高功率质子束稳定加速是国际上近20多年来长期追求的目标,无论物理上还是技术上都存在前所未有的巨大挑战。

此次ADS超导直线加速器样机成功加速10毫安连续波质子束流,必将为我国在建的国家重大科技基础设施“强流重离子加速器(HIAF)”和“加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)”提供坚强支撑,同时验证了未来ADS商用装置束流强度10毫安指标的可行性,为我国未来在国际上率先建设ADS商用装置和加速器驱动的先进核裂变能装置奠定基础。

同时,此次突破首次验证了全超导直线加速器可以稳定加速5-10毫安连续波质子束这一国际加速器领域长期追求的目标,为国际上同类强流高功率加速器装置建设及其一系列重大应用提供了成功先例。

据了解,数十兆瓦的高功率连续波质子超导加速器是核废料嬗变处理、稀有同位素生产、高通量中子源等国家重大战略需求的核心技术。在射频超导加速器建设和高功率稳定运行上不断取得突破,能够奠定核废料嬗变处理和新元素合成研究的基础,也将助力我国医用放射性同位素的规模量产。

据悉,2011年,中科院启动实施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”)。近代物理所自接到研发强流高功率质子超导直线加速器这一重大任务开始,十多年来埋头攻关,自立自强,始终坚持关键核心技术自主创新。

研发团队创造了一个又一个世界记录:2014年即实现了射频四极加速器10毫安连续波质子束稳定运行;2015年完成5兆电子伏、3毫安质子超导直线加速器研制和测试;2016年完成10兆电子伏、2毫安质子超导直线加速器研制;2017年25兆电子伏质子超导直线加速器通过专家测试和验收。

ADS先导专项验收后,近代物理研究所克服多方面困难,继续开展连续波高功率束流稳定运行技术研究,并不断稳步提高加速束流功率和连续运行供束时间。2019年1月,实现了30千瓦连续波质子束功率大于100小时长时间稳定运行这一重要阶段性成果;2021年1月,再次取得突破性进展,连续波质子束最大束流强度5.6毫安、最大束流功率达到110.9千瓦,具备了百千瓦连续波束流运行的能力。

10mA连续波质子束稳定运行实验 近代物理所供图

 

 
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