高品质因数1.3 GHz超导加速模组取得世界领先成果

2023-06-06 16:46

来源：中国网·中国发展门户网

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中国网/中国发展门户网讯据中国科学院高能物理研究所网站消息，经过近三年的不懈创新，中国科学院高能物理研究所完成了我国首台高品质因数1.3 GHz超导加速模组的研制、总装和整体调试，攻克了国家大科学工程亟需的关键核心技术，取得世界领先成果。

6月5日，高能所组织召开了“高品质因数1.3 GHz超导加速模组”成果鉴定会。鉴定会专家组由詹文龙院士、邓建军院士等14位来自中国科学院近代物理研究所、上海高等研究院、大连化学物理研究所，北京大学，清华大学，华中科技大学，中国工程物理研究院，中国原子能科学研究院等专家组成，北京大学刘克新教授担任鉴定专家组组长。专家组听取了项目组做的研制报告和测试专家组的测试报告，并现场考察了1.3 GHz超导加速模组。

专家组指出：高能所在国际上首次成功研制了中温退火工艺1.3 GHz超导加速模组。模组总腔压和总热负荷及8只1.3 GHz 9-cell超导腔的平均加速梯度和品质因数性能，满足了大连先进光源（DALS）的超导加速模组设计要求，也超过了美国直线相干光源二期项目（LCLS-II）及其能量升级项目（LCLS-II-HE）的超导加速模组设计指标（此为国际目前最高设计指标），超导腔平均品质因数优于LCLS-II-HE的掺氮工艺批量超导加速模组性能。

专家组认为：项目组经过技术攻关，在高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发上取得了重大突破和创新成果，在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线，具有完全自主知识产权，模组性能处于国际领先水平，使我国高品质因数超导加速器技术走在了国际前沿。该模组的成功研制，标志着中温退火工艺稳定可靠、易于实现，可作为未来高品质因数超导加速器的主要技术路线。该成果为我国建设国际领先的连续波电子加速器完成了高品质因数超导腔及模组关键技术和样机验证，具有重大的实际意义和广阔的应用前景。专家组同意“高品质因数1.3 GHz超导加速模组”通过成果鉴定。

高品质因数1.3 GHz超导加速模组是当前国际先进加速器技术竞争的制高点，是我国和国际上多个大科学工程的关键核心设备，技术极为复杂、造价高昂，是“要不来、买不来、讨不来”的技术，是加速器领域的国之重器。

我国正在建设及规划中的多个重大科技基础设施，如上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）、深圳中能高重复频率X射线自由电子激光装置（S3FEL）、未来高能环形正负电子对撞机（CEPC）等都需要大量的高品质因数1.3 GHz超导加速模组，亟待攻克这一关键核心技术并实现国产化，在关键领域实现新时代高水平科技自立自强，否则将造成加速器造价和运行费用大幅上涨，或者不得不花大价钱购买国外的产品和部件。

高能所项目团队在潘卫民研究员的带领下，继2020年在国际上首次改进中温退火工艺并成功实现1.3 GHz 9-cell超导腔的中温退火工艺之后，为满足国家战略需求，坚持自主创新，瞄准国际最高水平全力攻坚，实现了比掺氮工艺更为先进的中温退火高品质因数超导腔模组技术路线，创造了超导加速器品质因数的世界纪录，满足了我国相关大科学工程的迫切需求。模组高功率水平测试显示：模组总腔压133 MV时，2 K总热负荷80 W，8只1.3 GHz 9-cell超导腔的平均加速梯度16.1 MV/m、平均品质因数3.8×1010。模组总腔压174 MV时，2 K总热负荷122 W，平均加速梯度21 MV/m，平均品质因数3.75×1010。模组稳定运行总腔压大于191 MV，平均加速梯度达到23 MV/m以上。

在模组研制过程中，项目团队共进行了两次模组组装和数次降温测试，反复摸索并攻克了在腔串洁净组装、模组总装集成、降温和老练测试中遇到的诸多技术难题，并进行了多项模组结构优化改进和工艺创新。高能锐新公司与加速器中心紧密合作、相互配合，形成了一套完整的组装规范流程，培养了一支高水平的技术队伍，为未来模组批量研制奠定了重要基础。

本项目得到了大连先进光源预研、高能环形正负电子对撞机预研、北京市先进光源技术研发与测试平台、高性能连续波1.3 GHz超导腔研究测试平台的支持。