再添利器！国际首台低能量强流高电荷态重离子研究装置通过验收

12月7日至9日，国家自然科学基金委员会组织专家在中国科学院近代物理研究所对国家重大科研仪器研制项目——“低能量强流高电荷态重离子研究装置”进行了现场验收。验收专家组认为项目组完成了计划书规定的各项任务，达到了设计指标，一致同意该项目通过结题验收。

▲低能量强流高电荷态重离子研究装置示意图

重离子加速器是指用来加速比阿尔法粒子重的离子的装置。依托不断升级换代的离子加速器和不断发展的加速器新技术，离子束物理前沿研究持续深化着人们对物质世界的认知，其应用技术也被广泛应用于不同领域。

该项目总负责人、中国科学院院士赵红卫介绍说：“当前国际上虽有多个重离子装置在建或已建成，但在多学科交叉前沿基础研究领域和国家需求的重要应用领域仍缺乏多功能、小型化的低能量强流重离子加速器装置。我们自主研发成功世界首台独立运行的低能量强流高电荷态重离子加速器装置，可为核天体物理、原子物理等前沿基础研究和核能材料研发等重要应用提供先进的实验条件。”

该装置由45吉赫兹超导高电荷态电子回旋共振（ECR）离子源、高压平台、强流多电荷态束流分析和制备系统、连续波新型射频四极场（RFQ）重离子加速器、中能束流传输线、束流诊断系统和辅助配套等子系统组成。该装置可提供从轻到重多种电荷态的强流重离子束和混合离子束，提供的束流具有强度高、电荷态高、离子种类多、能量变化范围宽等诸多优势。

▲低能量强流高电荷态重离子研究装置

自项目立项以来，近代物理所装置研发团队历时约10年时间瞄准国际最高水平全力攻坚，抢占强流高电荷态重离子束产生和低能量加速的国际制高点，实现了强流高电荷态重离子束产生技术、低能量强流重离子加速器技术、高场铌三锡超导磁体技术、高频率高功率微波传输技术等多个方面的突破。

科研团队首次将铌三锡超导磁体应用于电子回旋共振离子源，研制成功目前国际上磁场和微波频率最高的超导高电荷态电子回旋共振离子源，创造了国际上电子回旋共振离子源的最高流强纪录。并且，解决了45吉赫兹高频率高功率微波有效馈入ECR离子源关键技术，在国际上首次实现了45吉赫兹和28吉赫兹双频微波加热ECR等离子体，产生的209Bi35+离子束流强达到了350微安，为国际ECR离子源最高流强纪录。成功研制出目前国际上束流强度最高的连续波射频四极场重离子加速器，可实现毫安量级高电荷态重离子束的加速和稳定运行，为国际最高水平。同时，该装置还在国际上首次实现了荷质比相近的三种不同元素离子组成的混合束加速和运行，并通过散束技术有效降低了重离子束的能散。

▲45吉赫兹超导高电荷态ECR离子源

该装置超导离子源研制负责人、近代物理所加速器技术中心副主任孙良亭表示：“强流高电荷态重离子束的产生是满足新一代强流重离子加速器的关键，我们研制的第四代高电荷态电子回旋共振离子源可产生相当于国际上其他实验室同类装置最高性能2倍以上的束流强度，为解决下一代强流高功率重离子加速器关键束流物理与技术问题奠定了坚实的基础。”

验收专家组认为，项目组自主研发解决了一系列技术瓶颈问题，该装置运行稳定，其核心设备总体性能处于世界领先水平。该装置的成功研制对国际上强流重离子加速器低能量前端具有重要的引领和示范作用，对加速器高场铌三锡超导磁体未来发展具有重要的推动作用。

该装置运行后，科学家们有望在原子物理、核天体物理和核能材料等领域产生一批突破性研究成果。例如，可在世界上率先开展低能量高电荷态离子碰撞实验研究，在低能区对恒星平稳核燃烧过程的一些关键核反应截面进行直接测量，从而有望解决一些国际上多年来悬而未决的核天体物理重要科学问题。围绕国家新一代核能发展的迫切需求，利用该装置还可开展核能材料辐照损伤模拟和快速评价筛选等研究，研发抗辐照性能优异的新型材料。

来源：中国科学院近代物理研究所

责任编辑：王颖