加速器驱动洁净核能系统物理和技术基础研究

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1、重大研究项目·加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究75重大研究项目重大研究项目·加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究75加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究ADS启明星1号的“跑兔”系统的设计史永谦，张巍，曹健，罗皇达，权艳慧在ADS(AcceleratorDrivenSub-criticalSystem，加速器驱动的次临界系统)中，次临界反应堆在加速器中子源的作用下维持链式裂变反应。次临界度监测是ADS研究中的一项重要内容，跳源法是测量次临界度的行之有效的方法之一，可以通过切断加速器束流测量次临界反应堆内中子通量的衰减得到。在研究次

2、临界反应堆中子学的实验中，用同位素中子源代替加速器中子源可以得到部分近似的结果。本年度，设计加工了专门用于开展启明星1号次临界实验装置跳源实验的252Cf源气动输送系统，即跑兔系统。该系统由空气压缩机、空气过滤器、油雾器、调节阀、二位五通电磁阀、开关、导气管、气体换向座、锎源及贮存罐等组成。与通常的跑免系统相比，其特别之处在于通气导管由两根管子套装组成，粗管套在细管外面，前端接导气塞，后端接气体换向座。粗管与细管之间的空腔和细管内部的空腔用于气体流通。当把导气管插入启明星1号次临界反应实验装置的源孔道内，中子源就可以在细管内依靠气体的推动在次临界

3、反应堆与贮存罐之间的移动，跳源时间小于0.1s。强流RFQ注入系统（LEBT）调试马鹰俊，崔保群，马瑞刚，李立强，姜冲，唐兵，邓金亭，蒋渭生，王荣文在加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统，包括ECR强流离子源及束流低能传输线（LEBT），从2005年8月移机中国科学院高能物理研究所后，历时半年多时间，解决了由于工作环境改变而带来的一系列水、电、气问题，包括电器系统供电与控制的改造，水冷供给的升级，真空测量和安全连锁的配套等；于2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75keV、超

4、过60mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0.13mrad，引出束流的质子比好于80%。为确保与RFQ加速器安全可靠的联机调试，并提供合格的束流，设计了一套用于强会聚束流的测量方法和装置，实验测得75keV、60mA的质子束在束腰处束径小于3mm，束张角小于71mrad，确定了LEBT系统传输元件的主要参数。在与RFQ加速器完成对接后，于2006年7月开始注入束流联合调试，根据离线确定的各种参数，首次注入取得了RFQ加速器出口峰值流强20mA和60%传输效率的结果。在提高高频电场的馈入、参数匹配优化后，出口流强达到了41mA，传输效率大于90%

5、（图1），已经非常接近项目指标的要求。在之后的调试实验中，解决了打火引起的一些电源设备的保护或损坏问题，系统已经可以稳定地运行并提供符合要求的束流，目前又取得了可喜的进展。调试中，在75keV能量下离子源引出束流为66mA时，在RFQ入口处，束流强度为47mA，质子束在LEBT系统中的传输效率约为90%；重大研究项目·加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究75RFQ出口束流峰值流强为42～44mA，传输效率在90%～94%之间。目前，RFQ能够可靠运行在6%占空比，束流宽度1.2ms，频率50Hz，平均流强为2.6mA。实验波形如图2所示。目前

6、正在解决实验中发现的RFQ传输效率与高频电场开闭环调制模式的选择、场相位稳定性的关系以及RFQ腔体温度控制精度对传输效率的影响等问题，这些问题解决后，RFQ加速器平均流强有望达到3mA。图1RFQ进出口束流信号较高曲线是注入的44mA的束流波形；较低曲线是输出41mA束流波形；传输效率为92%图2RFQ实验波形较高曲线为47mA的注入束流；较低曲线为44mA的出口束流；传输效率为93.8%到目前为止，LEBT系统联机调试出束工作时间累计达450h，为RFQ提供束流200h以上，其中，最长无打火在线运行时间为出束60h，其中为RFQ供束30h，束流

7、稳定。目前，LEBT系统可随时配合RFQ提供束流。