十二五国家重大科技基础设施项目“X射线自由电

近日，“十二五”国家重大科技基础设施项目“X射线自由电子激光试验装置”通过国家验收。作为共建单位，北京大学成功完成了“射频超导加速装置”的研制。项目验收专家委员会认为，射频超导加速装置各项指标达到或超过核定验收指标，建设单位掌握了射频超导加速装置关键核心技术，并取得了一系列重要成果。实现超导的技术突破。腔体研制的国内生产、垂直试验加速度梯度、空载品质因数均达到国际先进水平。这一建设成果有力地推动了我国自由电子激光领域的发展，为国家重大科技攻关项目“硬X射线自由电子激光装置”的建设和建设提供了总投资约100亿元。 “十三五”期间的基础设施项目。技术和人才储备。

“X射线自由电子激光试验装置”项目由中国科学院上海应用物理研究所和北京大学共同建设。北京大学核物理与核技术国家重点实验室射频超导加速器团队承担了“射频超导加速器”总体建设任务，主要包括超导腔研制、超导加速器研制，以及超导腔的表面处理和表面处理。垂直测量装置的构造。

图1 大晶粒纯铌超导加速腔

射频超导加速技术是加速器领域的一项高新技术。它是大电流高能粒子加速器，尤其是连续波X射线自由电子激光器的必备技术。超导加速器腔体是超导加速器的核心部件。在攻克超导腔表面处理关键技术的基础上，射频超导团队仅采用缓冲化学抛光处理和高温热处理，成功研制出一批大晶粒9芯超导腔（图1）， 6个超导腔加速梯度均在25MV/m以上。在 16 MV/m（硬 X 射线自由电子激光设备的预期操作梯度）和 2 K 下，超导腔的品质因数为 ^10（图 2）。按照国际惯例，这批超导腔的加速度梯度和品质因数在统计意义上已达到国际先进水平。

图2 超导腔加速度梯度和品质因数

自主设计的超导加速单元采用2X9-cell模块，包括功率耦合器、超流氦两相管道、频率调谐器、热辐射屏、磁屏蔽、低电平控制系统等（图3）。通过低温热导率、高精度幅相控制、氦压稳定控制等系统研究，完成了超导加速装置的制造、组装和水平测试。加速度梯度达到MV/m，静态热损失7.5W，泄漏水平测试的热量、低电平控制、加速度梯度等技术指标与国际同类设备相当。本项目搭建的垂直测试装置（图4）在2K温度下的冷却功率超过200W，垂直测试杜瓦瓶中的剩磁小于5mGs。进行低温性能测试。

图3 射频超导加速单元

图4 超导腔垂直测量装置

目前超导加速装置已投入运行，可提供10-20 MeV电子束，已在国内首次用于产生高重频太赫兹辐射等实验研究。基于该项目的技术基础，射频超导团队为中国工程物理研究院研制了2X9单元超导加速器，将用于高能X射线自由电子激光预制研究。超导腔表面处理和垂直测量装置也已投入使用。本单位与中科院上海高等研究院、高能物理研究所、兰州近代物理研究所、中国工程物理研究院等单位开展了超导腔高温退火和氮掺杂等前沿研究一个平台。射频超导加速装置的建设也带动了一批相关高新技术企业的发展，特别是进一步推动了我国超导腔的产业化。

来源：重离子物理研究所

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