近日,中國散裂中子源工程(CSNS)打靶束流功率達(dá)到140kW并穩(wěn)定供束運(yùn)行,超過設(shè)計(jì)指標(biāo)40%。
CSNS打靶束流功率于2020年2月達(dá)到100kW設(shè)計(jì)指標(biāo)后,加速器團(tuán)隊(duì)做了進(jìn)一步提高打靶束流功率的規(guī)劃。2021年暑期檢修期間,快循環(huán)同步加速器(RCS)安裝了脈沖校正四極磁鐵,用于對束流光學(xué)參數(shù)進(jìn)行校正以及對加速過程機(jī)器模式的快速調(diào)節(jié);2022年暑期檢修期間,安裝了磁合金加載腔作為二次諧波腔,以操控縱向束流分布,從而增大聚束因子降低空間電荷效應(yīng)。
2022年9月10日開始了新一輪束流調(diào)試工作。在前期大量準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上,經(jīng)過近一個(gè)月的精心調(diào)試,CSNS加速器打靶束流功率提升到140kW,比設(shè)計(jì)指標(biāo)提高了40%,大大提高了裝置運(yùn)行效率??臻g電荷效應(yīng)及其引起的束流損失是限制強(qiáng)流質(zhì)子加速器束流功率提高的最重要因素。在束流調(diào)試過程中,團(tuán)隊(duì)通過仔細(xì)優(yōu)化RCS基波腔壓與二次諧波腔壓比以及注入過程與加速過程基波腔與二次諧波腔相位差,顯著增大了聚束因子,降低了空間電荷效應(yīng)的影響。同時(shí),用脈沖校正四極磁鐵校正了RCS注入磁鐵對束流光學(xué)的擾動(dòng),并根據(jù)不同能量階段空間電荷頻移與束流不穩(wěn)定性,精細(xì)調(diào)節(jié)了加速過程的工作點(diǎn)模式。通過上述機(jī)器調(diào)試,團(tuán)隊(duì)有效控制了CSNS高功率下的發(fā)射度增長與束流損失,實(shí)現(xiàn)了140kW束流功率打靶,束流損失控制優(yōu)于100kW。
靶站各系統(tǒng)對到靶束流功率提升的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析與評估,結(jié)果顯示140kW下靶站運(yùn)行安全。本次功率提升后,靶站各系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定,水冷、低溫系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)符合預(yù)期,靶體、慢化器、反射體等核心部件溫度監(jiān)控值均在安全范圍內(nèi),靶站持續(xù)高效輸出中子束流,各譜儀刻度與用戶實(shí)驗(yàn)正在有序開展。
CSNS打靶束流功率達(dá)到140kW并穩(wěn)定運(yùn)行,不僅大大提高了裝置運(yùn)行效率、縮短用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)間,也驗(yàn)證了CSNS-II束流功率提升的關(guān)鍵技術(shù)路線,為CSNS-II設(shè)計(jì)和工程建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
