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