项目编号910-2019-J004
项目名称用于核废料嬗变处理的首台325MHz超导质子直线加速器装置的研究
候选单位中国科学院高能物理研究所
候选人潘卫民 闫 芳 王建力 曹建社 葛 锐 贺斐思 刘 熔 李少鹏 池云龙 欧阳华甫 黄彤明 随艳峰 李中泉 苏 萍 戴建枰
项目简介    核裂变能是解决未来能源供应、保障经济社会可持续发展的战略选择。要实现核裂变能可持续发展,乏燃料的处理是我国乃至国际核能界无法回避的重大问题,也是尚未解决的世界性难题。而加速器驱动次临界嬗变系统(ADS)由于其更高的固有安全性以及更好的中子经济性,被认为是理想的长寿命放射性废物焚烧炉。中科院根据我国核能可持续发展的重大需求和国际上的发展态势,提出我国ADS的发展路线图。并于2011年启动了中国科学院战略科技先导专项,对加速器驱动嬗变研究装置进行原理验证。ADS应用的连续波驱动加速器,其最大问题是中低能段采用常规常温加速结构的散热难题,急需研发能覆盖该加速段的超导结构。中科院高能物理研究所负责战略性先导科技专项“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”专项注入器-I的研究,在3.2MeV处即实现常温与超导的过渡,意在掌握覆盖整个中低能加速段的超导加速结构技术,其成功与否决定着驱动加速器方案的可行性。 作为国际上首台325MHz用于核废料嬗变处理的超导直线驱动加速器的研究,在关键技术以及系统集成上取得了多项突破:(1)建成国际上首台基于Spoke超导腔的毫安级连续波10MeV超导质子直线加速器,形成了强流超导直线加速器的系统设计理念和调试方法。(2)成功研制出国际上第一台超低β的轮辐型超导腔及辅助的调谐、控制系统,形成一套完整的设计、加工、表面处理、垂直测试、清洗等的规范和流程。(3)攻克了高功率输入耦合器研发中的多项关键工艺技术难点,形成了一套完整的耦合器设计方法、流程、加工工艺技术路线以及完整的耦合器清洗、烘烤、和高功率老练测试的流程和规范。(4)开创性地研制并成功运行了国际第一台325MHz 31kW连续波RFQ。(5)研发成功了目前国内最高连续波功率-150kW的全固态发射机,替代大型设备进口。 其成功研制验证了ADS驱动加速器中低能段采用超导技术的可能性,验证了ADS驱动加速器中低能段采用325MHz超导Spoke腔型的可行性,填补了国际上在运行的强流加速器中能段没有超导结构的空白,使得强流连续波高功率直线加速器的实现成为可能。这一成果无论对于我国在先进加速器技术领域的技术积累,还是对于中国深度参与国际上超导加速器领域的高深度研究和合作,提高中国在高科技领域的国际地位都具有极其重要的科技、政治和经济意义。项目的一些关键技术成功应用于众多项目上,累计的直接经济效益约2863万余元,间接经济效益上亿元。发表文章80多篇,其中SCI期刊论文26篇,获得专利9项。

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