我国散裂中子源实现185千瓦束流功率稳定运行 创国际先进水平新纪录

问题:散裂中子源作为国家大科学装置的重要组成部分,通过高能质子束轰击靶站产生中子,为材料科学、生命科学、工程技术等领域的研究提供关键支持;近年来,随着用户实验需求增加和装置能力提升的双重挑战,如何确保安全可靠运行的前提下提高打靶束流功率与供束稳定性,成为装置运行与升级的核心任务。此次实现185千瓦稳定供束,标志着我国在高功率质子加速器与靶站协同运行上取得新进展,同时也对束流控制、系统耦合和工程可靠性提出了更高要求。 原因:本轮功率提升工作于2026年2月4日启动,既是装置性能升级的需要,也是二期工程建设的关键节点。任务难度显著增加的原因主要有三点:一是注入系统升级后,快循环同步加速器的束流动力学特性发生变化,束团形成、束流损失分布和空间电荷效应等参数更加敏感;二是环高频系统、电源等关键硬件更新后,系统响应特性和控制策略需要重新标定与匹配;三是直线加速器的硬件能力边界和能量抖动等因素叠加,使得束流注入、加速到打靶的全链条稳定性面临更大挑战。此外,多因素变化导致束流物理模拟复杂度增加,部分模拟结果与实际测量存在偏差,影响了参数优化效率和风险预判精度。 影响:185千瓦稳定供束的实现,使装置能够在更高强度下为靶站提供更充足的中子通量,有助于提升谱仪测量效率和实验数据质量,缩短重大科研任务的机时占用,为高端制造、先进材料、能源化工和生命健康等领域的研究提供更强支撑。从运行角度看,该突破不仅意味着瞬时功率的提升,更表明了长周期运行能力、故障处置能力和束流损失控制水平的综合进步。此次成果是继2024年实现160千瓦和170千瓦后再次刷新纪录,为后续更高功率运行积累了宝贵的数据和经验。 对策:为实现更高功率目标,有关团队围绕“测得准、算得对、控得住、跑得稳”展开系统性工作:一是加强束流诊断与在线测量能力,提升对异常状态的可视化和追溯能力;二是针对模拟与实测偏差,优化模型参数辨识与校准方法,提高束流模拟的工程适配性;三是完善射频、电源与束流反馈策略,增强对能量抖动、轨道漂移等扰动的抑制能力;四是同步推进功率提升与可靠性工程,优化关键器件寿命管理、冗余设计和联锁策略,降低高功率运行对设备的长期风险。 前景:国际上高功率散裂中子源装置的竞争焦点已从单一峰值指标转向“高功率、低损失、高可用”的综合能力。我国此次实现185千瓦稳定供束,为持续提升装置能力和支撑高水平用户实验奠定了基础,也为二期工程建设提供了关键验证。下一阶段,随着对束流物理理解的深化、关键系统匹配的成熟以及运行维护体系完善,装置在更高功率和更高稳定性上仍有提升空间。可以预见,在确保安全可靠的前提下,功率提升将推动中子科学平台整体效能跃升,深入增强原始创新和开放共享能力。

从160千瓦到170千瓦,再到如今的185千瓦,中国散裂中子源的每一次功率突破都汇集着科研团队在复杂技术条件下的系统攻关和精准突破;大科学装置的建设与运行是一项长期事业,需要持续的技术积累和认知深化。这种久久为功的科研精神,正是中国基础科学研究不断向前发展的核心动力。