中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究人員利用研制的超導(dǎo)ECR(電子回旋共振)離子源SECRAL產(chǎn)生強(qiáng)流離子束再次取得重大進(jìn)展。
超導(dǎo)ECR離子源是產(chǎn)生強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子束的裝置,主要應(yīng)用于重離子加速器、核物理、原子物理、表面物理、核能材料研究和半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域。超導(dǎo)ECR離子源是高密度等離子體產(chǎn)生與約束、高電荷態(tài)強(qiáng)流離子束產(chǎn)生與傳輸、高磁場(chǎng)復(fù)雜超導(dǎo)磁體和高功率微波傳輸與匹配等多個(gè)領(lǐng)域交叉和集成創(chuàng)新的科研儀器設(shè)備。超導(dǎo)ECR離子源產(chǎn)生的高電荷態(tài)離子束,將為國(guó)內(nèi)外下一代強(qiáng)流高功率重離子加速器發(fā)展奠定基礎(chǔ),并創(chuàng)造新的研究機(jī)遇。
近代物理所研究人員近期首次提出并實(shí)驗(yàn)成功一種新的微波饋入模式,使超導(dǎo)ECR離子源產(chǎn)生的高電荷態(tài)重離子束流強(qiáng)度大幅度提高,再次刷新了由該團(tuán)隊(duì)此前創(chuàng)造的一批高電荷態(tài)重離子束流強(qiáng)度的世界紀(jì)錄,如40Ar12+束1.4 毫安, 129Xe26+束1.1毫安,209Bi30+束0.71毫安等,這是目前國(guó)際離子源領(lǐng)域首次產(chǎn)生毫安級(jí)高電荷態(tài)重離子直流束,實(shí)現(xiàn)了法國(guó)重離子加速器實(shí)驗(yàn)室(GANIL)10年前提出的Ar12+束1.0毫安的期望目標(biāo),打破了該離子束流強(qiáng)度“無(wú)法逾越1.0毫安的魔咒”,標(biāo)志著高電荷態(tài)離子源進(jìn)入毫安級(jí)時(shí)代。
該團(tuán)隊(duì)提出的微波饋入新模式被美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的同行采用并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,使LBNL的超導(dǎo)ECR離子源VENUS束流強(qiáng)度大幅度提高。該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)3年的努力,近期研制成功28GHz 超導(dǎo)ECR離子源SECRAL II,初步實(shí)驗(yàn)調(diào)試即在4.5千瓦28 GHz微波功率下產(chǎn)生了16O6+束5.4 毫安的世界紀(jì)錄束流強(qiáng)度。
近代物理所超導(dǎo)ECR離子源研制的重大進(jìn)展和突破,在9月1日結(jié)束的第22屆國(guó)際ECR離子源會(huì)議上受到國(guó)際同行的極大關(guān)注和好評(píng),趙紅衛(wèi)被再次邀請(qǐng)?jiān)谠撓盗袝?huì)議上作了30分鐘的總結(jié)評(píng)述(Conclusion Remarks)。本次會(huì)議的“十大亮點(diǎn)”中,近代物理所離子源團(tuán)隊(duì)的研究工作獨(dú)占4個(gè),被同行稱為最大的“贏家”。會(huì)議結(jié)束后,美國(guó)、法國(guó)、意大利以及日本等國(guó)家的8位ECR離子源著名專家從韓國(guó)釜山來(lái)到近代物理所,就強(qiáng)流高電荷態(tài)離子束產(chǎn)生的相關(guān)物理及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了3天深入而自由的研討,同時(shí)對(duì)近代物理所正在設(shè)計(jì)建造的國(guó)際上首臺(tái)45GHz新型超導(dǎo)ECR離子源技術(shù)方案進(jìn)行了討論。會(huì)后部分專家利用1天時(shí)間親自實(shí)驗(yàn)調(diào)試SECRAL II,體驗(yàn)和見(jiàn)證了該離子源的優(yōu)越性能。國(guó)際ECR離子源領(lǐng)域資深專家——美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)73歲的拉依尼斯(Claude Lyneis)博士,抽出半天時(shí)間調(diào)試了SECRAL II,預(yù)測(cè)說(shuō)“該離子源將會(huì)產(chǎn)生10毫安的16O6+離子束,這將是一個(gè)奇跡”。
近代物理所離子源團(tuán)隊(duì)研制的超導(dǎo)ECR離子源SECRAL,為蘭州重離子加速器已穩(wěn)定供束累計(jì)25000小時(shí),提供了Ni19+、Sn26+、Bi31+、U32+等難度很大的高流強(qiáng)高電荷態(tài)重離子束,為我國(guó)在世界上首次高精度測(cè)量35個(gè)短壽命核素質(zhì)量和航天器件抗輻照加固等研究提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件。該團(tuán)隊(duì)近年來(lái)為國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室研制了12臺(tái)常溫型、全永磁型、蒸發(fā)冷卻型以及全超導(dǎo)磁體型等4種強(qiáng)流高電荷態(tài)ECR離子源,特別是近10年來(lái)一直保持著一批連續(xù)流高電荷態(tài)重離子束流強(qiáng)度的最高世界紀(jì)錄,在國(guó)際上形成了獨(dú)特的ECR離子源體系,使我國(guó)在該領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先地位。
相關(guān)研究得到國(guó)家基金委創(chuàng)新群體、國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)和科技部973等項(xiàng)目資助。