一、概况简介
裂变核能是目前世界上可用能源的重要组成部分,而核废料处理是限制未来核能发展的瓶颈。加速器驱动的次临界系统(ADS)是有望解决该问题的最有效方法。但是,ADS系统对加速器的束流功率和运行稳定性提出了极高的要求,是国际研究的热点与尚未解决的难点。
作为复杂的大科学装置,超导加速器的建设和运行需要多学科、跨专业的协同参与和有机组合,包括电力电子、工程力学、机械制造、微波工程、材料科学、环境科学、通讯技术、自动化与控制、低温工程、核技术等几乎所有的工程学科。根据专业和职能划分,直线中心由六个研究室组成,分别负责直线加速器的束流动力学与总体设计、射频腔的研发与制造、射频表面处理与功能改性、高稳定性RF功率源与低电平控制技术的研发、科学仪器的控制与大数据处理、低温制冷工程以及超导恒温器模组的研发。
目前,直线中心团队共有110名成员,包括职工79人,硕博研究生31人;具有博士学位人员27人,高级职称34人,研究生导师30人,“国家杰青”和“万人计划”获得者1人。
自2011年成立以来,团队充分继承和发扬艰苦奋斗、自力更生、团结奋进的老一辈科学家精神,在超导直线加速器技术方面取得了重大进展,先后突破了10mA连续波RFQ加速器、高性能HWR超导腔、超导恒温器加速单元的集成等一系列关键技术。目前运行的ADS 25MeV超导质子直线注入器原理样机,是国际上首台连续波高功率超导质子直线加速器样机。2018年,经过中国科学院组织的国际专家评审,专家组认为“达到国际先进水平”。该超导样机可提供强流质子或氦离子束,用以进行材料辐照、同位素合成、高功率靶验证以及机器性能研究。
研究团队先后承担和参与完成ADS注入器样机、材料辐照装置CMIF、低能强流加速装置LEAF、重大专项-连续波强流低能离子束的传输与加速等来自于国家基金委、院部委各类项目共计20余项,获得并完成经费超过5亿元。未来五年,直线加速器中心主要承担CiADS和HIAF两大科学装置中超导直线加速器的研发和建设,直接经费超过10亿元。
团队在强流高功率直线加速器的研发、制造、运行以及人才培养方面具备独特的优势。建成了以低温射频超导科学技术为核心的研究与应用平台,拥有超导腔表面处理、自动化洁净间系统、微波仪器及测试系统、低温与制冷工作站等价值过亿元的基础硬件平台。同时,购买了包括ANSYS、CST、Vsim、SolidWorks、TraceWin在内的机械、微波、等离子体、束流动力学等各类工业软件10余套。
直线加速器中心将以CiADS和HIAF工程建设为依托,以提高射频超导科学技术水平为动力,以实现强流高功率超导加速器为目标。在工程技术方面,着力研究提升加速器稳定性的方法、研制高稳定性加速器部件、明确影响强流加速器稳定性的关键参数并开展优化。在科学研究方面,围绕强流离子束的非线性问题开展研究,用于预测并抑制束流损失;发展基于材料学改性方法以实现加速器的在线性能恢复;研发高性能超导薄膜新材料、研究射频超导表面的损耗机制,为提升未来超导加速器的性能以及稳定性提供技术储备。
强流高功率直线加速器技术是一个充满挑战的领域,欢迎具有科学及工程相关背景的有志之士加入我们,让我们共同应对挑战,为实现绿色核能的梦想与人类的可持续发展而努力。
2.制冷与低温工程
3.高可靠性大功率射频功率源技术
4.嵌入式系统与数字低电平控制
5.仪器与控制技术
6.射频超导科学与技术
7.超导薄膜新材料研发及应用
8.射频腔体、高功率耦合器技术
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