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12月7日至9日，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織專家在中國科學(xué)院近代物理研究所對(duì)國家重大科研儀器研制項(xiàng)目——“低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置”進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。驗(yàn)收專家組認(rèn)為項(xiàng)目組完成了計(jì)劃書規(guī)定的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，一致同意該項(xiàng)目通過結(jié)題驗(yàn)收。

重離子加速器是指用來加速比阿爾法粒子重的離子的裝置。依托不斷升級(jí)換代的離子加速器和不斷發(fā)展的加速器新技術(shù)，離子束物理前沿研究持續(xù)深化著人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)知，其應(yīng)用技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

該項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院院士趙紅衛(wèi)介紹：“當(dāng)前國際上雖有多個(gè)重離子裝置在建或已建成，但在多學(xué)科交叉前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和國家需求的重要應(yīng)用領(lǐng)域仍缺乏多功能、小型化的低能量強(qiáng)流重離子加速器裝置。我們自主研發(fā)成功世界首臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子加速器裝置，可為核天體物理、原子物理等前沿基礎(chǔ)研究和核能材料研發(fā)等重要應(yīng)用提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件?！?/span>

該裝置由45吉赫茲超導(dǎo)高電荷態(tài)電子回旋共振（ECR）離子源、高壓平臺(tái)、強(qiáng)流多電荷態(tài)束流分析和制備系統(tǒng)、連續(xù)波新型射頻四極場(chǎng)（RFQ ）重離子加速器、中能束流傳輸線、束流診斷系統(tǒng)和輔助配套等子系統(tǒng)組成。該裝置可提供從輕到重多種電荷態(tài)的強(qiáng)流重離子束和混合離子束，提供的束流具有強(qiáng)度高、電荷態(tài)高、離子種類多、能量變化范圍寬等諸多優(yōu)勢(shì)。

自項(xiàng)目立項(xiàng)以來，近代物理所裝置研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)約10年時(shí)間瞄準(zhǔn)國際最高水平全力攻堅(jiān)，搶占強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子束產(chǎn)生和低能量加速的國際制高點(diǎn)，首次將鈮三錫超導(dǎo)磁體應(yīng)用于電子回旋共振離子源，研制成功國際上磁場(chǎng)和微波頻率最高的超導(dǎo)高電荷態(tài)電子回旋共振離子源，創(chuàng)造了國際上電子回旋共振離子源的最高流強(qiáng)紀(jì)錄。同時(shí)，成功研制出目前國際上束流強(qiáng)度最高的連續(xù)波射頻四極場(chǎng)重離子加速器，可實(shí)現(xiàn)毫安量級(jí)高電荷態(tài)重離子束的加速和穩(wěn)定運(yùn)行。

該裝置超導(dǎo)離子源研制負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院近代物理研究所加速器技術(shù)中心副主任孫良亭介紹：“強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子束的產(chǎn)生是滿足新一代強(qiáng)流重離子加速器的關(guān)鍵，我們研制的第四代高電荷態(tài)電子回旋共振離子源可產(chǎn)生相當(dāng)于國際上其他實(shí)驗(yàn)室同類裝置最高性能2倍以上的束流強(qiáng)度，為解決下一代強(qiáng)流高功率重離子加速器關(guān)鍵束流物理與技術(shù)問題奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”

驗(yàn)收專家組認(rèn)為，項(xiàng)目組自主研發(fā)解決了一系列技術(shù)瓶頸問題，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，其核心設(shè)備總體性能處于世界領(lǐng)先水平。該裝置的成功研制對(duì)國際上強(qiáng)流重離子加速器低能量前端具有重要的引領(lǐng)和示范作用，對(duì)加速器高場(chǎng)鈮三錫超導(dǎo)磁體未來發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。

該裝置運(yùn)行后，科學(xué)家們有望在原子物理、核天體物理和核能材料等領(lǐng)域產(chǎn)生一批突破性的研究成果。如可在世界上率先開展低能量高電荷態(tài)離子碰撞實(shí)驗(yàn)研究，在低能區(qū)對(duì)恒星平穩(wěn)核燃燒過程的一些關(guān)鍵核反應(yīng)截面進(jìn)行直接測(cè)量，從而有望解決一些國際上多年來懸而未決的核天體物理重要科學(xué)問題。圍繞國家新一代核能發(fā)展的迫切需求，利用該裝置還可開展核能材料輻照損傷模擬和快速評(píng)價(jià)篩選等研究，研發(fā)抗輻照性能優(yōu)異的新型材料。

圖1：低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置示意圖

圖2：低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置

圖3：45吉赫茲超導(dǎo)高電荷態(tài)ECR離子源

技術(shù)突破：

該裝置實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子束產(chǎn)生技術(shù)、低能量強(qiáng)流重離子加速器技術(shù)、高場(chǎng)鈮三錫超導(dǎo)磁體技術(shù)、高頻率高功率微波傳輸技術(shù)等多個(gè)方面的突破，

研發(fā)取得的代表性成果包括：

（1）研制成功國際上磁場(chǎng)和微波頻率最高的超導(dǎo)高電荷態(tài)ECR離子源，首次將鈮三錫超導(dǎo)磁體應(yīng)用于ECR離子源;

（2）解決了45 GHz高頻率高功率微波有效饋入ECR離子源關(guān)鍵技術(shù)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了45 GHz和28 GHz 雙頻微波加熱ECR等離子體，產(chǎn)生的²⁰⁹Bi³⁵⁺離子束流強(qiáng)達(dá)到了350 微安，為國際ECR離子源最高流強(qiáng)紀(jì)錄；

（3）研制成功目前國際上束流強(qiáng)度最高的連續(xù)波重離子RFQ加速器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)波1 毫安¹⁶O⁶⁺、大于200微安的²⁰⁹Bi³⁵⁺離子束加速和穩(wěn)定運(yùn)行，為國際最高水平;

（4）國際上首次實(shí)現(xiàn)了荷質(zhì)比相近的三種不同元素離子組成的混合束加速和運(yùn)行，并通過散束技術(shù)有效降低了重離子束的能散。