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中國首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元研制成功 可助建大科學(xué)裝置

2025-01-01 18:07:33

來源:中國新聞網(wǎng)

  中新網(wǎng)北京1月1日電 (記者 孫自法)記者1月1日從中國科學(xué)院近代物理研究所獲悉,中國首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元,近日由該所自主研制成功并通過各項測試,標(biāo)志著中國面向高可靠應(yīng)用的銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔技術(shù)研究取得突破性進展。

  業(yè)內(nèi)專家稱,這一重要成果將加速提升中國在超導(dǎo)加速器領(lǐng)域的技術(shù)水平,可為基于射頻超導(dǎo)加速器的大科學(xué)裝置建設(shè)提供高性價比、高可靠性的技術(shù)方案。

研制成功的中國首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元腔串集成。中國科學(xué)院近代物理研究所 供圖

  最新研制成功的中國首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元由9支半波長型銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔組成,在4.2K(約零下269攝氏度)的低溫測試環(huán)境中,其銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔的平均表面峰值電場達到35兆伏每米(MV/m),平均腔體頻率洛倫茲失諧系數(shù)和平均腔體頻率氦壓敏感系數(shù)分別降至約—4.9赫茲每平方兆伏每米(Hz/<MV/m>²)和—2.9赫茲每毫巴(Hz/mbar),是原純鈮超導(dǎo)腔單元對應(yīng)值的50%和15%,各項性能顯著優(yōu)于原純鈮超導(dǎo)腔加速單元。

  中國科學(xué)院近代物理研究所項目團隊介紹說,一直以來,超導(dǎo)直線加速器在高通量中子源、高通量中微子源、高通量繆子源等兆瓦級高功率離子束應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。然而,傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔的長期運行穩(wěn)定性和可靠性不足,一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。

  針對這一難題,項目團隊提出新的復(fù)合材料技術(shù)路線,歷經(jīng)5年多持續(xù)努力,終于攻克銅鈮界面材料難以互溶、復(fù)雜曲表面覆高品質(zhì)厚銅層等多個技術(shù)難關(guān),實現(xiàn)有力推動射頻超導(dǎo)技術(shù)與增材制造技術(shù)的深度融合。

  本項研究成果,一方面充分驗證其在提高超導(dǎo)加速器運行穩(wěn)定性方面的顯著優(yōu)勢,另一方面,與依賴昂貴2K(約零下271攝氏度)液氦系統(tǒng)進行制冷的傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔相比,銅鈮復(fù)合腔超導(dǎo)加速單元也展現(xiàn)出在運行環(huán)境適應(yīng)性和成本控制方面的優(yōu)勢。

銅鈮復(fù)合腔與傳統(tǒng)純鈮腔超導(dǎo)加速單元穩(wěn)定性參數(shù)對比。中國科學(xué)院近代物理研究所 供圖

  項目團隊表示,他們研制成功的中國首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元,能夠在4.2K(約零下269攝氏度)液氦環(huán)境穩(wěn)定運行,可大幅降低超導(dǎo)加速單元的制冷成本,從而能為超導(dǎo)加速器的工業(yè)化應(yīng)用提供更為經(jīng)濟且高效的技術(shù)方案。(完)

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