大国重器｜我国是世界上第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家

本文转自：央视网

央视网消息：2023年，中国散裂中子源运行超过5000小时，在新能源、合金、高分子、信息材料等领域创造出一批源头创新成果。为了满足更多、更高用户需求，中国散裂中子源二期工程建设即将启动，关键设备P波段大功率速调管已通过验收。

在散裂中子源科学中心的实验室，近日成功研制的关键核心设备——首台全国产化P波段大功率速调管，经过连续24小时无故障运行，全部性能指标均达到或超过设计要求，顺利通过验收。

至此，中国散裂中子源二期工程关键加速器核心设备都拥有完全自主知识产权，整体国产化率已接近100%。

中国散裂中子源科学中心加速器技术部副主任刘华昌介绍，速调管功率源由多个关键部件和系统组成，用于将电功率转化为高频微波功率，为粒子束（流）提供加速动力。它是中国散裂中子源二期工程中，加速器打靶束（流）功率从100千瓦提升到500千瓦的关键设备之一。

由于二期工程是在一期的基础之上升级而来，功率5倍的提升，完全靠束（流）的流强提升，需要采用超导枪，将直线加速器的能量大幅提升。这对速调管的性能和指标提出了更高的要求。

此前，这种设备国内尚无研发和制造能力，一期工程只能选择进口。一期工程的4台设备从美国进口。调束之前，就成为一个瓶颈。这4台速调管返回美国重新维修了5次，都发现大的质量问题。此后，中国散裂中子源科学中心开始国产化、自主技术研究。

大功率速调管，这种电子真空器件零部件数以百计，涉及到多个学科领域，从研制到安装，每一个环节都必须精确无误。高通过率电子光路，要求传输效率达100%，所有零部件的安装精度要控制在20微米之内，这个数值只有人头发丝直径的1/4。

速调管的真空标准是标准大气压的千亿分之一，这对大尺寸铜枪的焊接材料和技术是一个严峻的挑战，稍有不慎，就容易频繁出现打火现象，轻则影响装置的稳定运行，重则导致整个功率源设备的损毁。

中国科学院高能物理研究所科研团队和上下游企业通力合作、攻坚克难，最终圆满完成了研发试制任务。中国散裂中子源二期工程的前期准备工作已全部就位，将开始加速跑。

中国科学院高能物理研究所副所长、中国散裂中子源二期工程总指挥王生介绍，二期工程，会把散裂中子源最主要的技术指标——质子束流的功率提升5倍，研究能力大大提升，同时新建9台中子谱仪。二期工程全部完成以后，散裂中子源的研究能力已经基本覆盖了所有的中子散射应用领域。

中国散裂中子源由直线加速器、快循环同步加速器、靶站以及中子散射谱仪等部分构成，其中加速器部分都在13米到18米的地下。地面之上的谱仪大厅，全国各地的科学家在这里进行最前沿的科技攻关。

2018年，中国散裂中子源正式投入运行，使我国成为世界上第四个拥有脉冲式散裂中子源的国家。

散裂中子源从2018年一期工程完成3条谱仪建设后，近5年来，又跟高校、科研机构等展开合作，先后启动了8条谱仪的建设。如今的谱仪大厅里，围绕着靶站，五颜六色的混凝土模块搭建起各具功能和特色的谱仪。每个色块搭建的空间就是一个实验站，为我国在磁性材料、高效催化剂、金属玻璃、高分子聚合物等诸多领域的研究，提供了重要的实验平台。