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東江實驗室相繼取得2項重大科技突破

自主研發(fā)Nb3Sn固體傳導冷卻電子超導加速器在國際上首次實現(xiàn)穩(wěn)定載束

　　完成大型超導磁體低溫測試平臺關(guān)鍵設(shè)備500W@4.5K制冷機的調(diào)試任務，并成功制取液氦；自主研發(fā)的Nb3Sn固體傳導冷卻電子超導加速器在國際上首次實現(xiàn)穩(wěn)定載束。近日，記者從東江實驗室獲悉，今年以來，東江實驗室相繼取得2項重大科技突破，前者是科學家們攻關(guān)被歐美壟斷的先進超導磁體技術(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。

　　大型超導磁體低溫測試平臺將推動我國醫(yī)療科技事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

　　500W@4.5K制冷機是大型超導磁體低溫測試平臺的關(guān)鍵設(shè)備，而大型超導磁體低溫測試平臺是開展先進磁體技術(shù)研發(fā)的首要條件。

　　當前，先進超導磁體技術(shù)是一項被歐洲和美國壟斷的先進技術(shù)，它主要依賴于高能粒子加速器、超強磁場裝置、核聚變裝置及核磁共振儀器等大科學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，積累了豐富的超導磁體制造技術(shù)和工藝。

　　發(fā)展先進超導磁體技術(shù)對我國搶占科技制高點，保障相關(guān)應用產(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作用。

　　近年來，我國針對先進磁體技術(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，雖然在個別領(lǐng)域取得較好的成績，但總體處于追趕狀態(tài)。

　　當前一段時間，我國的超導磁體技術(shù)處于從主要服務于基礎(chǔ)科學研究向快速大量應用于商業(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。其制冷機制冷量超過500瓦，意味著它不僅能夠支撐單臺超導磁體的測試，同時能夠支持由多臺超導磁體組成的加速器樣段的測試，且平臺上籌建的測試終端有6個，在預冷技術(shù)和測試終端對磁體冷卻狀態(tài)的控制技術(shù)上達到國際上同類裝置的先進水平，部分關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)獨一無二。 

大型超導磁體低溫測試平臺關(guān)鍵設(shè)備500W@4.5K制冷機投入運行。

　　大型超導磁體低溫測試平臺主要服務于加速器超導磁體的性能研究和技術(shù)研發(fā)，主要應用于惠州在建的兩大科學裝置超導磁體測試以及東江實驗室“基于超導加速器技術(shù)的新一代重離子治療裝置”的技術(shù)研發(fā)。因平臺具有很好的拓展性，未來可以根據(jù)超導磁體研發(fā)的需要對功能和基礎(chǔ)設(shè)施進行調(diào)整，適應更多的科研項目需要。

　　500W@4.5K制冷機完成調(diào)試任務，不僅為基于超導加速器技術(shù)的新一代重離子治療裝置關(guān)鍵技術(shù)研究提供了堅實的技術(shù)支撐，同時也為推動我國醫(yī)療科技事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。接下來，將對測試終端進行安裝和調(diào)試，同時利用已經(jīng)調(diào)試完成的制冷機進行超導磁體的研發(fā)測試任務，在技術(shù)上將主要利用該裝置對先進超導磁體技術(shù)進行攻關(guān)。

　　Nb3Sn材料的應用能促進射頻超導加速器小型化和工業(yè)化應用

　　近日，東江實驗室與中國科學院近代物理研究所研制的Nb3Sn固體傳導冷卻電子超導加速器在國際上首次實現(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到4.6MeV，宏脈沖流強超過100mA。

　　據(jù)介紹，Nb3Sn材料的超導轉(zhuǎn)變溫度是金屬鈮的2倍，是下一代射頻超導新材料的主要突破方向，也是射頻超導領(lǐng)域的前沿研究熱點與競爭制高點。它的應用可以顯著降低熱負載，提高射頻超導加速器的運行溫度，并簡化其系統(tǒng)復雜程度，不僅能夠降低超導加速器對大型低溫系統(tǒng)的需求和運維成本，而且能夠促進射頻超導加速器實現(xiàn)小型化和工業(yè)化應用。

　　項目相關(guān)負責人介紹，2018年近代物理研究所在國內(nèi)率先開展Nb3Sn射頻超導技術(shù)研究，實現(xiàn)了Nb3Sn超導薄膜從設(shè)備、機理到工藝的全過程。2022年以后，團隊得到東江實驗室科研平臺項目的支持，完成了Nb3Sn射頻超導技術(shù)的系統(tǒng)集成應用關(guān)鍵技術(shù)突破，在國際上首次完成固體傳導冷卻Nb3Sn超導電子加速器的成功研制與穩(wěn)定載束。

　　“此突破性成果為Nb3Sn超導加速器的系統(tǒng)集成以及束流穩(wěn)定加速提供了示范驗證，對于我國在下一代射頻超導技術(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�！鄙鲜鲐撠熑吮硎�，它有助于我國擺脫液氦束縛抓住射頻超導技術(shù)邁入實用化的歷史機遇，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)域具有廣闊的應用前景。

　　文/圖 惠州日報記者馮麗均