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近期，中國科學(xué)院近代物理研究所與東江實(shí)驗(yàn)室在鈮三錫材料的射頻超導(dǎo)應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展，研制的鈮三錫固體傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)電子加速器在國際上首次實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定載束。該加速器的研制先后得到國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、中國科學(xué)院“青促會”、先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室科研平臺等項(xiàng)目的支持。

來自中國科學(xué)院高能物理研究所、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、四川大學(xué)、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的專家組聽取了項(xiàng)目組的研制與測試報(bào)告，對固體傳導(dǎo)冷卻鈮三錫超導(dǎo)電子加速器進(jìn)行了現(xiàn)場測試。加速后的電子束最高能量達(dá)到4.6MeV，宏脈沖流強(qiáng)超過100mA。

鈮三錫材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度是金屬鈮的2倍，是下一代射頻超導(dǎo)新材料的主要突破方向，也是射頻超導(dǎo)領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)與競爭制高點(diǎn)。鈮三錫的應(yīng)用可以顯著降低熱負(fù)載，提高射頻超導(dǎo)加速器的運(yùn)行溫度，并簡化其系統(tǒng)復(fù)雜程度。不僅能夠降低超導(dǎo)加速器對大型低溫系統(tǒng)的需求和運(yùn)維成本，而且能夠促進(jìn)射頻超導(dǎo)加速器實(shí)現(xiàn)小型化和工業(yè)化應(yīng)用。2018年起，近代物理所在國內(nèi)率先開展鈮三錫射頻超導(dǎo)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了鈮三錫超導(dǎo)薄膜從設(shè)備、機(jī)理到工藝的全過程。2022年以后，團(tuán)隊(duì)得到先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室科研平臺項(xiàng)目的支持，完成了鈮三錫射頻超導(dǎo)技術(shù)的系統(tǒng)集成應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)突破，在國際上首次完成了固體傳導(dǎo)冷卻鈮三錫超導(dǎo)電子加速器的成功研制與穩(wěn)定載束。

此項(xiàng)成果為鈮三錫超導(dǎo)加速器的系統(tǒng)集成以及束流穩(wěn)定加速提供了示范驗(yàn)證，對于我國在下一代射頻超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑、并跑到引領(lǐng)的跨越具有重要的意義。有助于我國抓住射頻超導(dǎo)技術(shù)擺脫液氦束縛邁入實(shí)用化這一歷史機(jī)遇，占領(lǐng)工業(yè)加速器領(lǐng)域技術(shù)高峰。在廢水廢氣處理等環(huán)保領(lǐng)域、特種檢測設(shè)備等國家安全領(lǐng)域、同位素生產(chǎn)等醫(yī)療健康領(lǐng)域、保鮮殺毒等農(nóng)業(yè)與生物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

本成果的預(yù)印本文章已在arXiv網(wǎng)站刊登，文章鏈接：https://arxiv.org/abs/2404.09187

圖1 ：專家組在加速器隧道內(nèi)現(xiàn)場驗(yàn)收

圖2：固體傳導(dǎo)冷卻鈮三錫電子超導(dǎo)加速器

圖3：法拉第桶測量宏脈沖流強(qiáng)為~180mA的穩(wěn)定加速記錄

（直線加速器中心????供稿）