完成大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備500W@4.5K制冷機(jī)的調(diào)試任務(wù)，并成功制取液氦；自主研發(fā)的Nb3Sn固體傳導(dǎo)冷卻電子超導(dǎo)加速器在國際上首次實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定載束。近日，記者從東江實(shí)驗(yàn)室獲悉，今年以來，東江實(shí)驗(yàn)室相繼取得2項(xiàng)重大科技突破，前者是科學(xué)家們攻關(guān)被歐美壟斷的先進(jìn)超導(dǎo)磁體技術(shù)的關(guān)鍵科研裝備、裝置和設(shè)施，后者對我國在下一代射頻超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑、并跑到引領(lǐng)的跨越具有重要的意義。
大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備500W@4.5K制冷機(jī)投入運(yùn)行。
大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)將推動(dòng)我國醫(yī)療科技事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展
500W@4.5K制冷機(jī)是大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，而大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)是開展先進(jìn)磁體技術(shù)研發(fā)的首要條件。
當(dāng)前，先進(jìn)超導(dǎo)磁體技術(shù)是一項(xiàng)被歐洲和美國壟斷的先進(jìn)技術(shù)，它主要依賴于高能粒子加速器、超強(qiáng)磁場裝置、核聚變裝置及核磁共振儀器等大科學(xué)裝置和尖端科研儀器而發(fā)展，歐美在這些領(lǐng)域發(fā)展較早，形成了系統(tǒng)的研發(fā)體系，積累了豐富的超導(dǎo)磁體制造技術(shù)和工藝。
發(fā)展先進(jìn)超導(dǎo)磁體技術(shù)對我國搶占科技制高點(diǎn)，保障相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)孵化和發(fā)展有重大意義，對我國完善科技創(chuàng)新體系、提高產(chǎn)業(yè)化水平有巨大的促進(jìn)作用。
近年來，我國針對先進(jìn)磁體技術(shù)開展了一系列工作，取得了一定成果，但由于起步較晚，制造技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，雖然在個(gè)別領(lǐng)域取得較好的成績，但總體處于追趕狀態(tài)。
當(dāng)前一段時(shí)間，我國的超導(dǎo)磁體技術(shù)處于從主要服務(wù)于基礎(chǔ)科學(xué)研究向快速大量應(yīng)用于商業(yè)及高新技術(shù)開發(fā)的重要轉(zhuǎn)變階段。
該平臺(tái)主要參數(shù)和測試能力在國內(nèi)同類裝置中均處于領(lǐng)先地位。其制冷機(jī)制冷量超過500瓦，意味著它不僅能夠支撐單臺(tái)超導(dǎo)磁體的測試，同時(shí)能夠支持由多臺(tái)超導(dǎo)磁體組成的加速器樣段的測試，且平臺(tái)上籌建的測試終端有6個(gè)，在預(yù)冷技術(shù)和測試終端對磁體冷卻狀態(tài)的控制技術(shù)上達(dá)到國際上同類裝置的先進(jìn)水平，部分關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)獨(dú)一無二。
大型超導(dǎo)磁體低溫測試平臺(tái)主要服務(wù)于加速器超導(dǎo)磁體的性能研究和技術(shù)研發(fā)，主要應(yīng)用于惠州在建的兩大科學(xué)裝置超導(dǎo)磁體測試以及東江實(shí)驗(yàn)室“基于超導(dǎo)加速器技術(shù)的新一代重離子治療裝置”的技術(shù)研發(fā)。因平臺(tái)具有很好的拓展性，未來可以根據(jù)超導(dǎo)磁體研發(fā)的需要對功能和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)更多的科研項(xiàng)目需要。
500W@4.5K制冷機(jī)完成調(diào)試任務(wù)，不僅為基于超導(dǎo)加速器技術(shù)的新一代重離子治療裝置關(guān)鍵技術(shù)研究提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，同時(shí)也為推動(dòng)我國醫(yī)療科技事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。接下來，將對測試終端進(jìn)行安裝和調(diào)試，同時(shí)利用已經(jīng)調(diào)試完成的制冷機(jī)進(jìn)行超導(dǎo)磁體的研發(fā)測試任務(wù)，在技術(shù)上將主要利用該裝置對先進(jìn)超導(dǎo)磁體技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。
Nb3Sn材料的應(yīng)用能促進(jìn)射頻超導(dǎo)加速器小型化和工業(yè)化應(yīng)用
近日，東江實(shí)驗(yàn)室與中國科學(xué)院近代物理研究所研制的Nb3Sn固體傳導(dǎo)冷卻電子超導(dǎo)加速器在國際上首次實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定載束，經(jīng)現(xiàn)場測試，加速后的電子束最高能量達(dá)到4.6MeV，宏脈沖流強(qiáng)超過100mA。
據(jù)介紹，Nb3Sn材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度是金屬鈮的2倍，是下一代射頻超導(dǎo)新材料的主要突破方向，也是射頻超導(dǎo)領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)與競爭制高點(diǎn)。它的應(yīng)用可以顯著降低熱負(fù)載，提高射頻超導(dǎo)加速器的運(yùn)行溫度，并簡化其系統(tǒng)復(fù)雜程度，不僅能夠降低超導(dǎo)加速器對大型低溫系統(tǒng)的需求和運(yùn)維成本，而且能夠促進(jìn)射頻超導(dǎo)加速器實(shí)現(xiàn)小型化和工業(yè)化應(yīng)用。
項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，2018年近代物理研究所在國內(nèi)率先開展Nb3Sn射頻超導(dǎo)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了Nb3Sn超導(dǎo)薄膜從設(shè)備、機(jī)理到工藝的全過程。2022年以后，團(tuán)隊(duì)得到東江實(shí)驗(yàn)室科研平臺(tái)項(xiàng)目的支持，完成了Nb3Sn射頻超導(dǎo)技術(shù)的系統(tǒng)集成應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)突破，在國際上首次完成固體傳導(dǎo)冷卻Nb3Sn超導(dǎo)電子加速器的成功研制與穩(wěn)定載束。
“此突破性成果為Nb3Sn超導(dǎo)加速器的系統(tǒng)集成以及束流穩(wěn)定加速提供了示范驗(yàn)證，對于我國在下一代射頻超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑、并跑到引領(lǐng)的跨越具有重要的意義?！鄙鲜鲐?fù)責(zé)人表示，它有助于我國擺脫液氦束縛抓住射頻超導(dǎo)技術(shù)邁入實(shí)用化的歷史機(jī)遇，占領(lǐng)工業(yè)加速器領(lǐng)域技術(shù)高峰，在廢水廢氣處理等環(huán)保領(lǐng)域、特種檢測設(shè)備等國家安全領(lǐng)域、同位素生產(chǎn)等醫(yī)療健康領(lǐng)域、保鮮殺毒等農(nóng)業(yè)與生物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文/圖 惠州日報(bào)記者馮麗均
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