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高功率高梯度磁合金腔研制取得重大進展
2021-09-24|文章来源:东莞研究部 |【
 

   高功率高梯度磁合金加載腔是中國散裂中子源二期項目(CSNS-II)中必須突破的關鍵技術,團隊經過近十年預研,從基礎材料和基本工藝著手,在國産高功率高梯度磁合金加載腔的研制上取得重大進展:在50%占空比的基波模式和15%占空比的二次諧波模式下,加速梯度分別達到26kV/m和40.76kV/m;使用18um和13um兩種規格磁合金帶材,磁環最關鍵的技術指標uQf值達到9.67GHz@3MHz和13GHz@3MHz,比日本J-PARC公開報道的性能指標提高約30%,達到國際先進水平;包括鐵基納米晶合金在內的基礎材料全部實現國産化,磁環制備、腔體設計及相關技術具有完全自主知識産權。

  高功率高梯度磁合金加載腔是CSNS-II快循環加速器升級的核心設備,目前滿足物理設計要求的供應商只有日本的日立和三菱公司,然而其關鍵的高性能産品和技術嚴格封鎖並對我國禁運。 

  磁合金材料因具備高導磁率和高飽和磁通密度的特點,被用于替代傳統的鐵氧體材料,以實現更寬的工作頻帶和更高的加速梯度。課題組從2012年開始,針對磁合金環制備關鍵技術,開展了高絕緣低應力SiO2塗層、大尺寸恒張力水平卷繞、強橫磁退火以及表面防水封裝等相關研究工作。目前已經完成外徑850mm高性能磁合金環的研制和量産,同時開展了高冷卻效率腔體的設計和加工,以及長期高功率驗證實驗,實現了關鍵核心技術的自主化,爲CSNS-II項目的順利實施提供了有力支撐。 

  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)和中國科學院重点培育项目以及中國科學院青年创新促进会的资助。 

國産磁合金加載腔基波和二次諧波模式腔壓

國産磁環與JPARC磁環uQf值對比

世界主要質子同步加速器加速梯度對比

國産磁合金加載腔長期高功率驗證實驗


 
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