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高功率高梯度磁合金腔研制取得重大进展
文章来源:  |  发布时间:2021-10-12  |  【 】 【打印】 【关闭】  |  浏览:3035次

  高功率高梯度磁合金加载腔是中国散裂中子源二期项目(CSNS-II)快循环加速器升级的核心设备,目前满足物理设计要求的供应商只有日本的日立和三菱公司,然而其关键的高性能产品和技术严格封锁并对我国禁运。高功率高梯度磁合金加载腔是CSNS-II项目中必须突破的关键技术,团队经过近十年预研,从基础材料和基本工艺着手,在国产高功率高梯度磁合金加载腔的研制上取得重大进展。在50%占空比的基波模式和15%占空比的二次谐波模式下,加速梯度分别达到26kV/m和40.76kV/m(图1);使用18um和13um两种规格磁合金带材,磁环最关键的技术指标uQf值达到9.67GHz@3MHz和13GHz@3MHz(图2),比日本J-PARC公开报道的性能指标提高约30%,达到国际先进水平(图3)。包括铁基纳米晶合金在内的基础材料全部实现国产化,磁环制备、腔体设计及相关技术具有完全自主知识产权。

  磁合金材料因具备高导磁率和高饱和磁通密度的特点,被用于替代传统的铁氧体材料,以实现更宽的工作频带和更高的加速梯度。课题组从2012年开始,针对磁合金环制备关键技术,开展了高绝缘低应力SiO2涂层、大尺寸恒张力水平卷绕、强横磁退火以及表面防水封装等相关研究工作。目前已经完成外径850mm高性能磁合金环的研制和量产,同时开展了高冷却效率腔体的设计和加工,以及长期高功率验证实验(图4),实现了关键核心技术的自主化,为CSNS-II项目的顺利实施提供了有力支撑。

  相关研究成果在高功率强流质子/重离子加速器、FFAG加速器、脉冲感应型加速器以及粒子治疗加速器等方向有广泛的应用前景,项目受到了国家自然科学基金(11175194,11875270,U1832210)和中国科学院重点培育项目以及中国科学院青年创新促进会的资助。

  

  

  图1国产磁合金加载腔基波和二次谐波模式腔压
 

  

  图2国产磁环与JPARC磁环uQf值对比

图3世界主要质子同步加速器加速梯度对比

 

图4 国产磁合金加载腔长期高功率验证实验

 

  

  

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