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近代物理所超导ECR离子源研究获进展 

近代物理所超导ECR离子源研究获进展 

  中国科学院近代物理研究所研究员赵红卫和孙良亭领导的离子源团队,利用研制的超导ECR(电子回旋共振)离子源SECRAL产生强流离子束再次取得重要进展。

  超导ECR离子源是产生强流高电荷态重离子束的装置,主要应用于重离子加速器、核物理、原子物理、表面物理、核能材料研究和半导体工业等领域。超导ECR离子源是高密度等离子体产生与约束、高电荷态强流离子束产生与传输、高磁场复杂超导磁体和高功率微波传输与匹配等多个领域交叉和集成创新的科研仪器设备。超导ECR离子源产生的高电荷态离子束,将为国内外下一代强流高功率重离子加速器发展奠定基础,并创造新的研究机遇。

  近代物理所离子源团队近期首次提出并实验成功一种新的微波馈入模式,使超导ECR离子源产生的高电荷态重离子束流强度大幅度提高,再次刷新了由该团队此前创造的一批高电荷态重离子束流强度的世界纪录,如40Ar12+ 1.4幸运28 毫安,129Xe26+ 1.1毫安,209Bi30+ 0.71毫安等,这是目前国际离子源领域首次产生的毫安级高电荷态重离子直流束,实现了法国重离子加速器实验室(GANIL10年前提出的Ar12+ 1.0毫安的期望目标,打破了该离子束流强度无法逾越1.0毫安的魔咒,标志着高电荷态离子源进入毫安级时代。

  该团队提出的微波馈入新模式被美国伯克利国家实验室(LBNL)的同行采用并实验验证,使LBNL的超导ECR离子源VENUS束流强度大幅度提高。该团队经过3年的努力,近期研制成功28 GHz 超导ECR离子源SECRAL II,初步实验调试即在4.5千瓦28 GHz微波功率下产生了16O6+ 5.4 毫安的世界纪录束流强度。

  近代物理所超导ECR离子源研制的重大进展和突破,在91日结束的第22届国际ECR离子源幸运28会议上受到国际同行的极大关注和好评,赵红卫被再次邀请在该系列会议上作了30分钟的总结评述(Conclusion Remarks)。本次会议的十大亮点中,近代物理所离子源团队的研究工作独占4个,被同行称为最大的赢家。会议结束后,美国、法国、意大利以及日本等国家的8ECR离子源著名专家从韩国釜山来到近代物理所,就强流高电荷态离子束产生的相关物理及关键技术进行了3天深入而自由的研讨,同时对近代物理所正在设计建造的国际上首台45GHz新型超导ECR离子源技术方案进行了讨论

  近代物理所离子源团队研制的超导ECR离子源SECRAL,已为兰州重离子加速器稳定供束累计25000小时,提供了Ni19+Sn26+Bi31+U32+等难度很大的高流强高电荷态重离子束,为我国在世界上首次高精度测量35个短寿命核素质量和航天器件抗辐照加固等研究提供了先进的实验条件。该团队近年来为国内外实验室研制了12台常温型、全永磁型、蒸发冷却型以及全超导磁体型等4种强流高幸运28电荷态ECR离子源,特别是近10年来一直保持着一批连续流高电荷态重离子束流强度的最高世界纪录,在国际上形成了独特的ECR离子源体系,使我国在该领域处于国际领先地位。

  相关研究得到国家基金委创新群体、国家重大科研仪器设备研制专项和科技部“973”等项目资助。