近代物理所ADS超導直線加速器樣機實現(xiàn)連續(xù)波質子束10毫安指標
2021年2月11日凌晨5：16，近代物理研究所獨立自主研制的ADS超導直線加速器樣機在國際上首次實現(xiàn)束流強度10毫安連續(xù)波質子束176千瓦運行指標。12日凌晨2：20，實現(xiàn)10毫安束流穩(wěn)定運行。
2011年中國科學院啟動實施戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）“未來先進核裂變能-ADS嬗變系統(tǒng)”（簡稱“ADS先導專項”）。射頻超導強流高功率質子直線加速器是ADS三大關鍵系統(tǒng)之一。強流高功率離子束是核科學和核技術前沿，也是各發(fā)達國家爭先搶占的戰(zhàn)略高地。實現(xiàn)10毫安連續(xù)波強流高功率質子束穩(wěn)定加速是國際上近20多年來長期追求的目標，無論物理上還是技術上都存在前所未有的巨大挑戰(zhàn)。采用全超導直線加速器加速5毫安以上連續(xù)波質子束從未在國際上被驗證或實現(xiàn)。
近代物理所自接到研發(fā)強流高功率質子超導直線加速器這一重大任務開始，十多年來埋頭攻關，自立自強，始終堅持關鍵核心技術自主創(chuàng)新。研究團隊充分發(fā)揚“駝隊”精神，不畏艱險，穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營，敢于想象、認真求是，積極實踐，大膽創(chuàng)新。他們創(chuàng)造了一個又一個世界記錄：2014年即實現(xiàn)了射頻四極加速器10毫安連續(xù)波質子束穩(wěn)定運行，2015年完成5兆電子伏、3毫安質子超導直線加速器研制和測試、2016年完成10兆電子伏、2毫安質子超導直線加速器研制、2017年25兆電子伏質子超導直線加速器通過專家測試和驗收。
近代物理所的研究團隊從未停止科學探索和突破更大挑戰(zhàn)的腳步。ADS先導專項驗收后，雖然保障條件有限，近代物理研究所仍然克服多方面困難，自籌經費，依托該原型樣機繼續(xù)開展連續(xù)波高功率束流穩(wěn)定運行技術研究，并不斷穩(wěn)步提高加速束流功率和連續(xù)運行供束時間，始終保持在該技術領域的先進性和國際領先地位。2019年1月，實現(xiàn)了 30千瓦連續(xù)波質子束功率大于100小時長時間穩(wěn)定運行這一重要階段性成果；2021年1月，再次取得突破性進展，連續(xù)波質子束最大束流強度5.6毫安、最大束流功率達到110.9千瓦，具備了百千瓦連續(xù)波束流運行的能力。雖臨近春節(jié)，研究團隊并未松懈，仍團結一心、夜以繼日地奮戰(zhàn)在科研一線上。他們爭先創(chuàng)優(yōu)，解決了一個又一個難題，終于在大年三十凌晨在國際上首次實現(xiàn)了10毫安連續(xù)波質子束加速，并在年初一實現(xiàn)10毫安下的束流快速恢復和穩(wěn)定運行，功率達到176千瓦，供束可用性達到90%以上，再次刷新由他們團隊自己創(chuàng)造的連續(xù)波質子束流強度和束流功率世界紀錄。
數(shù)十兆瓦的高功率連續(xù)波質子超導加速器是核廢料嬗變處理、稀有同位素生產、高通量中子源等國家重大戰(zhàn)略需求的核心技術。十年來，中科院ADS先導專項團隊咬定青山不放松，始終將努力奮斗，潛心研究、科學分析、大膽創(chuàng)新、團隊協(xié)作作為攻堅克難的秘密武器。堅持自立自信和自強創(chuàng)新；充分遵循科學規(guī)律、發(fā)揚團隊精神、瞄準最終目標潛心攻關，涌現(xiàn)出一批勇于創(chuàng)新、敢于實踐的年輕人。在射頻超導加速器建設和高功率穩(wěn)定運行上不斷取得突破，奠定了核廢料嬗變處理和新元素合成研究的基礎，也將助力我國醫(yī)用放射性同位素的規(guī)模量產。
當前，ADS超導直線加速器樣機的連續(xù)波束流強度和功率均遠超國際同類裝置。此次ADS超導直線加速器樣機成功加速10毫安連續(xù)波質子束流，必將為我國在建的國家重大科技基礎設施“強流重離子加速器（HIAF）”和“加速器驅動嬗變研究裝置（CiADS）”提供堅強支撐，同時驗證了未來ADS商用裝置束流強度10毫安指標的可行性，為我國未來在國際上率先建設ADS商用裝置和加速器驅動的先進核裂變能裝置奠定基礎。這次重大突破首次驗證了全超導直線加速器可以穩(wěn)定加速5-10毫安連續(xù)波質子束這一國際加速器領域長期追求的目標，為國際上同類強流高功率加速器裝置建設及其一系列重大應用提供了成功先例。
圖：10mA連續(xù)波質子束穩(wěn)定運行實驗
（直線加速器中心 供稿）
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