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质子在这儿加快——解码世界首台质子位移损害效应模仿试验设备

  从甘肃兰州一路向西,跨过2000公里,科技日报记者来到中国科学院新疆理化技能研讨所(以下简称“新疆理化所”)。这儿,有世界首台质子位移损害效应模仿试验设备(PREF)——60MeV(兆电子伏)质子加快器。

  肉眼不及之处,上亿个带电质子正在以零点几倍光速飞驰。它们集结起来,声势赫赫,构成束流。

  “长久以来,我国缺少可以全面评价器材在轨辐射损害危险的重器,这给航天器和载荷带来严峻危险。”中国科学院近代物理研讨所(以下简称“近代物理所”)加快器整体室副研讨员阮爽和记者说,PREF将为器材空间位移损害效应、试验评价办法研讨供给重要支撑。

  作为科学技能立异的国家队,2018年11月,中国科学院挑起重担:由新疆理化所牵头,坐落甘肃兰州的近代物理所担纲规划,联合建造PREF,用于展开地上模仿试验。

  坐落乌鲁木齐新市区科学二街的一座一般小楼,看上去并无特别之处,只要楼前赤色条幅上“调试成功”的字样,让它显得异乎寻常。

  记者跟从阮爽走进这座小楼,乘电梯而下,来到加快器大厅,PREF的硬件设备就在眼前。

  设备建在地下,占地上积约两亩,无法博览它的全貌。但当记者走进它的“亲信”,看到各式仪器组成的方阵时,仍是被深深震慑了。

  整个加快器由质子源、直线注入器、同步加快器和两个终端构成。从示意图看,它像一条打了断的围巾——同步加快器是“围脖”,质子源和终端是随风飘起的两头。

  从防护门进入,放眼望去,视野最早会被蓝色、黄色、银色的方块所招引。它们是PREF的重要作业单元:磁铁和腔体。

  “蓝色二极磁铁是让质子转弯的,黄色四极磁铁是束缚质子在管道里运动的,那个银色的磁合金高频腔是让质子加快的。”阮爽告知记者。

  这些大块头顺接起来,构成一个环状,即同步加快器。目测不大,周长的确也只要18米,为国内最小。

  “小型化是PREF的杰出长处。”加快器整体室副主任申国栋骄傲地说,“由于小,它耗费的功率就小,更便利推广应用。”

  阮爽指着蓝色方块比画道:“你仔细看,下面有线圈。给它通上强电流,就能让束流沿着同步加快器转圈。”

  束流每转一圈,通过高频磁合金加载腔一次,速度就添加一点。上百万圈后,最大可达约0.35倍光速,慢引出到终端展开质子辐照试验。

  在这条“围巾”上,还点缀着一些银色圆柱体,它们是钛提高泵。钛提高泵运用外表生动的钛膜抽除气体,以取得并坚持极高线MeV的低能质子注入时,有必要给它供给一个高真空环境。”申国栋说,“不然束流很快全没了。”

  快速的磁场改变速率有必要依托快循环电源,但传统电源在快循环状态下作业,会对电网导致十分严峻冲击。为处理这一问题,近代物理所提出了全储能非谐振大功率电源新技能。这项技能能把磁铁负载中的能量回收到电源,便利下一次脉冲运用,既降本增效,又节能减排。

  处理方案有两种:一种是薄壁加筋,另一种是全陶瓷线毫米厚的不锈钢真空室外侧焊上一圈加强筋,作用很好,但要用一种特制钢材,国内没有出产厂商。而后者,又没有一体成型大尺度陶瓷真空室制造技能,用现存技能会产生漏气。”申国栋说。

  2019年头,近代物理所加快器中心主任、强流重离子加快器设备(HIAF)总工程师杨建成带领团队吃起了“螃蟹”。

  技能攻关评论会上,小组成员“脑洞大开”——已然能在真空室的外面加筋,为什么不能在里面加?就像城门洞里的拱券,应该特别健壮。

  团队用了3年时刻,立异性提出陶瓷内衬线次技能迭代晋级,他们终究制造出钛合金内衬极高真空室。

  这个方案得到了欧洲核子研讨中心资深技能专家弗里茨·卡斯珀斯的欣赏。他主张以“ChinaDragon”(中国龙)为真空室命名。

  当记者提出“很想目击它的真容”时,阮爽笑起来:“真空室在磁铁里嵌着,而钛合金内衬骨架在真空室里,看不到。”

  脱离加快器大厅返回地上,记者又来到中央操控室。这儿有电源、高频功率源、束诊与真空等长途操控设备,以及水冷通风、操控网络、辐射防护等实时监测体系,运转有条有理。在中央操控室,记者见到了加快器整体室助理研讨员姚丽萍。她和阮爽从兰州来到新疆,现已在这儿作业了大半年。

  “只要练好‘基本功’、打好‘配合战’,才能把工作做美丽。我常常想起杨主任的这番话。”姚丽萍说。

  在兰州坐镇指挥的杨建成对此并不否定:“我要求高,说话又直,对他们十分严苛。他们都现已习惯了。”

  严苛,源于刻骨的经历。“咱们第一次在甘肃武威调试设备,犯了许多初级过错。”其中有个错,杨建成足足用了半年时刻才找出来。

  从那以后,为确保设备上线顺畅,每个测验环节都要重复屡次。在杨建成的严格要求下,加快器团队胆大心细,善打硬仗。

  2023年3月,工艺设备出场装置;8月9日测验完结,预备调试出束。凭仗以往经历,杨建成和团队做好了“大干3个月”的预备。

  孰料,当天就传来好消息:PREF建成出束,不只成功完成质子的高效均匀引出,更能满意器材照耀需求,可认为我国空间辐射效应研讨供给先进的试验渠道。

  接到报喜电话时,杨建成从兰州搭乘的前往乌鲁木齐的飞机刚刚着陆。“本来预备再给团队助把力,没想到他们给我一个这么大的惊喜!”

  那一刻,终年绷着一根弦的杨建成总算得到顷刻放松。他跟小组成员开起打趣:“那我现在是不是就可以回去了?”挂断电话,杨建成鼻头一酸:“项目是给航天用的,这些年从来就没懈怠过。”

  奋斗不息,立异不止。接下来,杨建成方案结合人工智能等技能,对PREF进行深化的规划。

  他有三个希望:让非专业人员也能操作PREF;把它做成标准化模块,用户可直接购买;结合新原理、新技能、新材料,让它持续变小,加快推广应用脚步。

  “信任再有10年,咱们质子加快器的研讨水平一定能站在世界前沿,谋福全人类!”展望未来,杨建成的言语铿锵有力。