近代物理所研制成功極低beta超導CH原型腔

　　12月17日，中國科學院近代物理研究所承擔的國家自然科學基金項目重大研究計劃“先進核裂變能的燃料增殖與嬗變”的重點支持項目“ADS極低beta超導CH原型腔”研制成功（圖1），并在4.2K液氦低溫下順利完成垂直測試，為質子和重離子超導直線加速器在低能量段提供了一條高效加速的備選技術路線。

　　該超導腔由近代物理所自主設計與研制。12月18日，來自中科院上海應用物理研究所、中科院高能物理研究所、北京大學的專家對該超導腔進行了現場測試。結果表明：該超導腔最大峰值電場Epeak達到61 MV/m，對應加速梯度Eacc為11 MV/m，加速電壓Uacc為4.1MV，品質因數Q0好于1.5×109（圖2）。測試專家一致認為，該指標超過了國際同類型超導腔的最好水平。

　　為了配合戰略性先導科技專項“未來先進核裂變能——ADS嬗變系統”加速器在低能段的需求，極低beta超導CH原型腔的設計頻率為162.5MHz，最優beta為0.067，均是目前國際上最低的。它采用了六加速間隙結構，腔體尺寸大、結構復雜，其設計和加工的難度極大，是射頻超導領域極具挑戰性的工作。目前國際上僅有德國法蘭克福大學應用物理研究所（IAP）研制過2只CH超導腔。近代物理所研發人員經過四年努力，分步實施了總體設計、模擬計算、關鍵技術驗證，并解決了設計、高純鈮加工、成型、裝配和真空電子束焊等一系列難題，于2014年10月4日完成了超導CH腔的加工。項目組在完成CH超導腔的超聲波清洗、重度化學拋光、高溫退火、輕度化學拋光、超純高壓水沖洗、超凈間裝配和低溫烘烤等一系列復雜的后處理流程后，在近代物理所的射頻超導測試平臺完成了4K低溫垂直測試。

　　該超導CH腔的設計和研制得到蘭州瑞源機械設備有限公司、蘭州空間技術物理研究所、高能物理研究所、北京大學、上海應用物理研究所、德國法蘭克福大學應用物理研究所（IAP）、美國湯姆遜杰弗遜國家實驗室（JLAB）的支持與幫助，同時得到國家重點基礎研究計劃“強流高功率離子加速器物理及技術先導研究”、加速器創新群體“重離子加速器物理和技術前沿課題研究”以及ADS先導專項等項目資助。

　　 圖1 超導CH原型腔                           圖2 超導CH腔的4K低溫垂直測試結果