中国散裂中子源加速器2021年运行指标再创新高

加速器是一种使带电粒子增加速度(动能)的装置。 加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等。

2021年全年，CSNS加速器首次实现全年度100kW供束运行，完成有效打靶供束时间5148小时，供束期间的束流可用率达到96.1%，年度运行指标再创新高，达到国际同类装置的先进水平。2021年优异的运行指标来之不易，体现了加速器队伍专业的技术素养和精益求精的职业态度，更体现出团队面对困难团结一致，迎难而上的精神。

中国散裂中子源加速器是基本组成部分，它决定整个装置的主要性能指标，其运行稳定性决定了整个装置的使用效率。低能端射频四极加速器(RFQ)是一种在直线加速器低能端被国际上广泛采用的加速结构，同时完成对束流的聚焦、聚束与加速，有利于克服低能强流束的空间电荷效应，提高了束流品质。漂移管直线加速器(DTL)部分采用较高频率(324兆赫)的射频功率源，而不是传统的202兆赫，有利于加速较高峰值电流的束流，同时缩短直线加速器(LINAC)的长度和减少造价。快循环同步加速器采用一系列先进技术，像陶瓷真空盒、采用带内水冷的铝绞线线圈的主磁铁和谐振电源系统、铁氧体加载腔技术等。

加速器是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，像γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。

当前世界上的加速器大多是能量在100兆电子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。数年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。

靶站是利用高能质子产生脉冲中子的发生器系统。经过加速器加速的高能质子脉冲轰击重金属等靶体，通过散裂反应产生大量中子，并用慢化器将其慢化成适合中子散射用的慢中子脉冲。

中国散裂中子源靶站系统包括钨靶，三个中子慢化器(耦合氢慢化器、退耦合窄化氢慢化器、退耦合水慢化器)，铁铍反射体，铁/重混凝土屏蔽体、公用和维护系统。靶体材料选用钽包覆的固体钨靶，冷却剂为重水，靶体容器由耐辐照及腐蚀的不锈钢加工而成。低温液氢慢化器和常温水慢化器分别位于靶体的正下方和正上方。

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。属于这类离子源的有:潘宁放电型离子源射频离子源、微波离子源、双等离子体源、富立曼离子源等。另一类使用较多的离子源是电子碰撞型离子源，主要用于各种质谱仪器中。此外，离子源还有表面电离源、光致电离离子源、液态金属离子源等类型。

从离子源获得的离子束的能量一般从几百电子伏到几万电子伏。因为用高引出电压方式获得较高能量的离子束受到击穿的限制，所以必须使离子在电场和磁场中加速,这类装置叫做加速器(见粒子加速器) 使用各种加速器可以使离子获得很高的能量(如几百吉电子伏)，也可以使离子减速，以获得能量较低的(如几十电子伏)但流强很高的离子束。

中国散裂中子源(简称CSNS)的主要工作原理通过离子源产生负氢离子，利用一系列直线加速器将负氢离子加速到80兆电子伏，之后将负氢离子经剥离作用变成质子后注入到一台快循环同步加速器中，将质子束流加速到1.6吉电子伏的能量，引出后经束流传输线打向钨靶，在靶上发生散裂反应产生中子，通过慢化器、中子导管等引向中子谱仪，供用户开展实验研究 。

中国散裂中子源的科学目标是建成世界一流的大型中子散射多学科研究平台，使其与中国已建成的同步辐射光源和先进反应堆等设施互相配合、优势互补，为生命科学、材料科学、化学、物理学等领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段，促进中国在重要前沿研究领域实现新突破，为多学科在国际上取得一流的创新性成果提供重要的技术条件保障。

新闻来源：中国科学院高能物理研究所

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