我国散裂中子源实现185kW稳定供束 二期工程建设取得关键突破

问题——面向国家重大科技需求,散裂中子源既要“建得快”,更要“用得好”。

随着新能源、新材料、航空航天、集成电路等领域对微观结构表征、应力与缺陷分析等需求持续增长,用户对中子束流强度、稳定性与测试能力提出更高要求。

如何在装置不停步运行、关键系统升级并行的条件下,实现束流功率提升与新线站建设同步推进,成为二期工程的核心考题。

原因——高功率运行对束流物理与工程系统形成叠加挑战。

此次功率提升是在装置关键链路多项升级背景下推进:注入系统完成升级后,快循环同步加速器束流动力学特性随之变化;环高频、电源等重要硬件系统更新带来新的耦合效应;直线加速器的硬件性能边界与能量抖动等因素,也使束流模拟与实际测量之间更易出现偏差。

多变量同时作用,提升了束流整定的复杂度与不确定性,成为冲击更高功率稳定供束的主要难点。

影响——“新线站出束+功率稳定提升”释放综合效益,增强装置供给能力。

中子技术发展线站成功出束并完成带束调试,标志着该线站设备研制、安装与联调进入关键阶段,也成为二期工程自2024年1月开工以来首个实现出束的线站。

据介绍,该线站是国内首个基于散裂源的飞行时间型冷热中子测试专用线站,具备功能集成度高、本底水平低、机时利用效率高等特点,可面向材料、器件、方法学、计量等多类型测试任务,定位为中子技术“孵化器”。

其投入运行后,将为中子探测器、中子导管、中子极化器、中子斩波器等关键部件与高端科学仪器的国产化研发及批量测试提供急需的束流条件,补齐工程化验证与质量评估环节的能力短板。

与此同时,装置打靶束流功率达到185千瓦并实现稳定供束运行,刷新我国散裂中子源束流功率纪录。

束流功率提升将直接带来单位时间中子产额增加,可缩短用户实验周期、提高装置利用效率,进一步增强对国家重大科研任务与产业创新需求的支撑能力。

对策——以协同攻关打通关键瓶颈,以工程验证固化技术路线。

围绕中子技术发展线站建设,线站团队联合多专业力量开展长期协同攻关,重点突破小夹角分束中子传输、多种工作模式布局与快速切换、实验终端高精度重复定位等难题,推动设计、加工制造、安装调试按计划高质量实施。

围绕功率提升,则通过系统化束流诊断、模型修正与关键硬件联调,逐步缩小模拟与实测偏差,形成面向高功率稳定运行的整定策略与操作规范。

本次稳定供束也在更高功率条件下验证了二期工程束流能力提升的关键技术路线,为后续持续爬坡和系统升级并行积累经验。

前景——以“更强束流+更全线站”迈向更高水平的开放共享平台。

业内认为,散裂中子源的能力提升不仅在于功率指标,更在于面向多学科、多行业的实验供给与仪器生态建设。

随着二期工程推进,线站群将进一步扩展应用边界;在更高功率、更高稳定性支撑下,装置有望在关键材料体系、高端制造过程机理研究、芯片与器件可靠性评估等方向形成更具竞争力的实验能力,并为高端中子仪器与核心部件的自主研发提供持续迭代的试验场景,推动“装置能力—仪器水平—应用需求”形成良性循环。

中国散裂中子源二期工程的系列突破,不仅体现了我国在大科学装置建设和运行方面的技术实力,更为推动基础研究和应用研究深度融合、加快实现高水平科技自立自强提供了有力支撑。

随着装置性能的持续提升和新线站的陆续投入使用,我国散裂中子源将在服务国家战略需求、支撑前沿科学研究、促进高端仪器国产化等方面发挥更加重要的作用,推动我国散裂中子源技术持续向国际先进水平迈进。