北京
大型粒子加速器动辄以公里计，维持其超导腔工作的液氦系统是其中不可或缺的一环，但它也意味着高昂的运行成本与复杂的工程配套。长期以来，射频超导加速器几乎与液氦深度绑定，离开这套极低温介质，超导腔就无法进入工作状态。中国科学院近代物理研究所与先进能源科学与技术广东省实验室联合团队，用近十年时间在这条既定路线上撕开了一道口子：他们研制出国际首台无液氦铌三锡薄膜射频超导电子加速器，并成功实现稳定载束。
这项成果近日入选中国机械工程学会表面工程分会“2026中国表面科技十大进展”，标志着铌三锡这条下一代射频超导技术路线，从材料研究真正走到了加速器整机载束验证的阶段。传统的铌超导腔需要在液氦温区附近工作，而铌三锡（Nb₃Sn）拥有更高的超导转变温度，理论上可以让超导腔在更高温度下运行，从而摆脱对液氦的依赖，改变超导直线加速器的运行模式。但把这种材料“镀”到加速器腔体内表面并保证射频性能，远比理论设想复杂。其核心挑战横跨加速器物理、超导材料与表面工程三个领域，根植于复杂的表界面制备难题与射频超导工况下的系统集成难题。
团队的突破口集中在铌衬底预处理、薄膜生长调控和薄膜表面改性这几个关键环节。他们揭示了锡成核非均匀的内在机理，突破了复杂腔体内表面高质量薄膜生长、表层杂相纳米级去除等关键工艺，最终让铌三锡薄膜在加速器腔体中稳定工作，并实现了电子束的稳定加速与传输。中国核学会组织的成果鉴定给出了明确的定位：这是国际上首次实现铌三锡电子超导加速器的稳定载束，为工程化应用提供了原理性样机，在铌三锡超导加速器领域达到国际先进水平、部分国际领先，使中国在这一前沿方向赢得了竞争力和主动权。
摆脱液氦束缚的意义，最终要落在“能用起来”上。可连续稳定运行、部署灵活、运维便捷的大功率电子加速器，在多个产业场景中存在迫切需求。在生态环保领域，高能电子束辐照可以通过高活性自由基破坏难降解分子结构，为高难度污染治理提供新的装备选项；在医疗健康领域，它可用于医用同位素的规模化制备，为核医学诊断和靶向放射治疗提供核素供给，未来还有望向新型辐照治疗装备延伸；在农业与生物领域，粮食、生鲜、中药材的辐照保鲜杀虫，以及医用耗材、生物制剂的冷灭菌，都可以避开传统钴源辐照装置在放射源安保与退役处置上的风险。在国家安全领域，紧凑型高能束源同样可以服务于大型构件无损探伤与特种材料辐照考核。
一条与液氦解绑的加速器技术路线，从论文和专利走进了载束样机。十余项发明专利与多篇学术期刊论文构成了这项工作的技术底座，而真正让“无液氦”三个字立住的，是那束在铌三锡薄膜腔中被稳定加速的电子束。当加速器不再被液氦系统牵制，它在工业现场、医院和田间地头的落地形态，才有可能变得比今天更轻、更近。
来源：中国新闻网
编辑：柯欣
审核：王汝霖
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