我國強流高功率質子加速器創世界紀錄

　　 近日，記者從中國科學院近代物理研究所獲悉，該所獨立自主研制的加速器驅動次臨界系統（ADS）超導直線加速器樣機在國際上首次實現束流強度10毫安連續波質子束176千瓦運行指標，并于2月12日凌晨2：20，實現10毫安束流穩定運行。事實上，采用全超導直線加速器加速5毫安以上連續波質子束此前從未在國際上被驗證或實現。

　　ADS是加速器和反應堆的“結合體”，可將乏燃料中那些半衰期高達數十萬年的放射性廢物變成幾百年的短壽命廢物，將短壽命廢物變成裂變產物，并在此過程中發電。

　　射頻超導強流高功率質子直線加速器是ADS三大關鍵系統之一。強流高功率離子束是核科學和核技術前沿，也是各發達國家爭相搶占的戰略高地。實現10毫安連續波強流高功率質子束穩定加速是國際上近20多年來長期追求的目標，無論物理上還是技術上都存在前所未有的巨大挑戰。

　　此次ADS超導直線加速器樣機成功加速10毫安連續波質子束流，必將為我國在建的國家重大科技基礎設施“強流重離子加速器（HIAF）”和“加速器驅動嬗變研究裝置（CiADS）”提供堅強支撐，同時驗證了未來ADS商用裝置束流強度10毫安指標的可行性，為我國未來在國際上率先建設ADS商用裝置和加速器驅動的先進核裂變能裝置奠定基礎。

　　同時，此次突破首次驗證了全超導直線加速器可以穩定加速5-10毫安連續波質子束這一國際加速器領域長期追求的目標，為國際上同類強流高功率加速器裝置建設及其一系列重大應用提供了成功先例。

　　據了解，數十兆瓦的高功率連續波質子超導加速器是核廢料嬗變處理、稀有同位素生產、高通量中子源等國家重大戰略需求的核心技術。在射頻超導加速器建設和高功率穩定運行上不斷取得突破，能夠奠定核廢料嬗變處理和新元素合成研究的基礎，也將助力我國醫用放射性同位素的規模量產。

　　據悉，2011年，中科院啟動實施戰略性先導科技專項（A類）“未來先進核裂變能-ADS嬗變系統”（簡稱“ADS先導專項”）。近代物理所自接到研發強流高功率質子超導直線加速器這一重大任務開始，十多年來埋頭攻關，自立自強，始終堅持關鍵核心技術自主創新。

　　研發團隊創造了一個又一個世界記錄：2014年即實現了射頻四極加速器10毫安連續波質子束穩定運行；2015年完成5兆電子伏、3毫安質子超導直線加速器研制和測試；2016年完成10兆電子伏、2毫安質子超導直線加速器研制；2017年25兆電子伏質子超導直線加速器通過專家測試和驗收。

　　ADS先導專項驗收后，近代物理研究所克服多方面困難，繼續開展連續波高功率束流穩定運行技術研究，并不斷穩步提高加速束流功率和連續運行供束時間。2019年1月，實現了30千瓦連續波質子束功率大于100小時長時間穩定運行這一重要階段性成果；2021年1月，再次取得突破性進展，連續波質子束最大束流強度5.6毫安、最大束流功率達到110.9千瓦，具備了百千瓦連續波束流運行的能力。

10mA連續波質子束穩定運行實驗 近代物理所供圖