近代物理所研制成功极低beta超导CH原型腔

　　12月17日，中国科学院近代物理研究所承担的国家自然科学基金项目重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”的重点支持项目“ADS极低beta超导CH原型腔”研制成功（图1），并在4.2K液氦低温下顺利完成垂直测试，为质子和重离子超导直线加速器在低能量段提供了一条高效加速的备选技术路线。

　　该超导腔由近代物理所自主设计与研制。12月18日，来自中科院上海应用物理研究所、中科院高能物理研究所、北京大学的专家对该超导腔进行了现场测试。结果表明：该超导腔最大峰值电场Epeak达到61 MV/m，对应加速梯度Eacc为11 MV/m，加速电压Uacc为4.1MV，品质因数Q0好于1.5×109（图2）。测试专家一致认为，该指标超过了国际同类型超导腔的最好水平。

　　为了配合战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”加速器在低能段的需求，极低beta超导CH原型腔的设计频率为162.5MHz，最优beta为0.067，均是目前国际上最低的。它采用了六加速间隙结构，腔体尺寸大、结构复杂，其设计和加工的难度极大，是射频超导领域极具挑战性的工作。目前国际上仅有德国法兰克福大学应用物理研究所（IAP）研制过2只CH超导腔。近代物理所研发人员经过四年努力，分步实施了总体设计、模拟计算、关键技术验证，并解决了设计、高纯铌加工、成型、装配和真空电子束焊等一系列难题，于2014年10月4日完成了超导CH腔的加工。项目组在完成CH超导腔的超声波清洗、重度化学抛光、高温退火、轻度化学抛光、超纯高压水冲洗、超净间装配和低温烘烤等一系列复杂的后处理流程后，在近代物理所的射频超导测试平台完成了4K低温垂直测试。

　　该超导CH腔的设计和研制得到兰州瑞源机械设备有限公司、兰州空间技术物理研究所、高能物理研究所、北京大学、上海应用物理研究所、德国法兰克福大学应用物理研究所（IAP）、美国汤姆逊杰弗逊国家实验室（JLAB）的支持与帮助，同时得到国家重点基础研究计划“强流高功率离子加速器物理及技术先导研究”、加速器创新群体“重离子加速器物理和技术前沿课题研究”以及ADS先导专项等项目资助。

　　 图1 超导CH原型腔                           图2 超导CH腔的4K低温垂直测试结果