中國(guó)強(qiáng)流高功率質(zhì)子加速器研制再創(chuàng)世界紀(jì)錄

我國(guó)強(qiáng)流高功率質(zhì)子加速器研制再創(chuàng)世界紀(jì)錄

　　在全國(guó)人民慶祝新春佳節(jié)之際，我國(guó)加速器建設(shè)傳來(lái)喜訊！

　　2月14日，記者從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該所獨(dú)立自主研制的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)(ADS)超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)束流強(qiáng)度10毫安連續(xù)波質(zhì)子束176千瓦運(yùn)行指標(biāo)，并于12日凌晨2時(shí)20分，實(shí)現(xiàn)10毫安束流穩(wěn)定運(yùn)行。事實(shí)上，采用全超導(dǎo)直線加速器加速5毫安以上連續(xù)波質(zhì)子束此前從未在國(guó)際上被驗(yàn)證或?qū)崿F(xiàn)。

　　ADS實(shí)際上是加速器和反應(yīng)堆的“結(jié)合體”，可將乏燃料中那些半衰期高達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的放射性廢物變成幾百年的短壽命廢物，將短壽命廢物變成裂變產(chǎn)物，并在此過(guò)程中發(fā)電。

　　射頻超導(dǎo)強(qiáng)流高功率質(zhì)子直線加速器是ADS三大關(guān)鍵系統(tǒng)之一。實(shí)現(xiàn)10毫安連續(xù)波強(qiáng)流高功率質(zhì)子束穩(wěn)定加速是國(guó)際上近20多年來(lái)投入巨資建設(shè)并長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，無(wú)論物理上還是技術(shù)上都存在前所未有的巨大挑戰(zhàn)。

　　2011年，中科院提出了我國(guó)ADS發(fā)展路線圖：第一階段為原理驗(yàn)證階段，即建立加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置；第二階段為技術(shù)驗(yàn)證階段，即要建立加速器驅(qū)動(dòng)嬗變示范裝置；第三階段為工業(yè)推廣階段。

　　同年，中科院?jiǎn)?dòng)戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)(A類)“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”，旨在通過(guò)3個(gè)階段的研發(fā)，自主發(fā)展ADS從試驗(yàn)裝置到示范裝置的全部核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。近代物理所自接到研發(fā)強(qiáng)流高功率質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器這一重大任務(wù)開(kāi)始，10多年來(lái)埋頭攻關(guān)，自立自強(qiáng)，始終堅(jiān)持關(guān)鍵核心技術(shù)自主創(chuàng)新。

　　研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)世界紀(jì)錄：2014年實(shí)現(xiàn)了射頻四極加速器10毫安連續(xù)波質(zhì)子束穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)際評(píng)審專家評(píng)價(jià)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；2015年完成5兆電子伏、3毫安質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器研制和測(cè)試；2016年完成10兆電子伏、2毫安質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器研制；2017年25兆電子伏質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器通過(guò)專家測(cè)試和驗(yàn)收，在財(cái)政部的績(jī)效評(píng)估中名列第一。

　　ADS先導(dǎo)專項(xiàng)驗(yàn)收后，雖然保障條件有限，近代物理研究所仍然克服多方面困難，繼續(xù)開(kāi)展連續(xù)波高功率束流穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)研究。2019年1月，實(shí)現(xiàn)了30千瓦連續(xù)波質(zhì)子束功率大于100小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行這一重要階段性成果；2021年1月再次取得突破性進(jìn)展，連續(xù)波質(zhì)子束最大束流強(qiáng)度達(dá)到5.6毫安、最大束流功率達(dá)到110.9千瓦，具備了百千瓦連續(xù)波束流運(yùn)行的能力。

　　春節(jié)前，研究團(tuán)隊(duì)也并未松懈，仍然奮戰(zhàn)在科研一線上，解決一個(gè)又一個(gè)難題，終于在大年三十凌晨在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了10毫安連續(xù)波質(zhì)子束加速，并在大年初一實(shí)現(xiàn)10毫安下的束流快速恢復(fù)和穩(wěn)定運(yùn)行，功率達(dá)到176千瓦，供束可用性達(dá)到90%以上，再次刷新由他們團(tuán)隊(duì)自己創(chuàng)造的連續(xù)波質(zhì)子束流強(qiáng)度和束流功率世界紀(jì)錄。

　　當(dāng)前，ADS超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)的連續(xù)波束流強(qiáng)度和功率均遠(yuǎn)超國(guó)際同類裝置。此次ADS超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)成功加速10毫安連續(xù)波質(zhì)子束流，必將為我國(guó)在建的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)流重離子加速器和加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置提供堅(jiān)強(qiáng)支撐，同時(shí)驗(yàn)證了未來(lái)ADS商用裝置束流強(qiáng)度10毫安指標(biāo)的可行性，為我國(guó)未來(lái)在國(guó)際上率先建設(shè)ADS商用裝置和加速器驅(qū)動(dòng)的先進(jìn)核裂變能裝置奠定基礎(chǔ)。

　　這次重大突破首次驗(yàn)證了全超導(dǎo)直線加速器可以穩(wěn)定加速5—10毫安連續(xù)波質(zhì)子束這一國(guó)際加速器領(lǐng)域長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，為國(guó)際上同類強(qiáng)流高功率加速器裝置建設(shè)及其一系列重大應(yīng)用提供了成功先例。

　　數(shù)十兆瓦的高功率連續(xù)波質(zhì)子超導(dǎo)加速器是核廢料嬗變處理、稀有同位素生產(chǎn)、高通量中子源等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的核心技術(shù)。在射頻超導(dǎo)加速器建設(shè)和高功率穩(wěn)定運(yùn)行上不斷取得的突破，奠定了核廢料嬗變處理和新元素合成研究的基礎(chǔ)，也將助力我國(guó)醫(yī)用放射性同位素的規(guī)模量產(chǎn)。

　　科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬