——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
核物理是通過原子核反應(yīng)研究物質(zhì)核微觀層次上的基本結(jié)構(gòu)和相互作用,重要核反應(yīng)的截面一般都非常低,要提高核反應(yīng)事件率使重離子核物理獲得突破性發(fā)現(xiàn),關(guān)鍵瓶頸之一是如何提高加速器的重離子束流強(qiáng)度,提高重離子束流強(qiáng)度的關(guān)鍵是高電荷態(tài)離子源。中國科學(xué)院近代物理研究所離子源研究組近日在超導(dǎo)高電荷態(tài)離子源上產(chǎn)生了一系列高電荷態(tài)鈾離子束流強(qiáng)度世界新紀(jì)錄,為近代物理所已開工建設(shè)的國家“十二五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“強(qiáng)流重離子加速器裝置HIAF”提供強(qiáng)流高電荷態(tài)極重離子束奠定了基礎(chǔ)。
超導(dǎo)ECR(電子回旋共振)離子源是產(chǎn)生強(qiáng)流高電荷態(tài)離子束的磁約束等離子體裝置,蘭州重離子加速器研究裝置所需的高電荷態(tài)重離子束主要由超導(dǎo)ECR離子源提供。近代物理所離子源研究組利用超導(dǎo)磁約束結(jié)構(gòu)、磁場新構(gòu)型和微波饋入新方法,解決了高電荷態(tài)等離子體約束和電子碰撞電離產(chǎn)生并引出高電荷態(tài)離子束的問題,自主設(shè)計(jì)研制的超導(dǎo)ECR離子源是目前國際上性能最好的高電荷態(tài)離子源之一(如圖1所示)。絕大部分高電荷態(tài)重離子束流強(qiáng)度的世界紀(jì)錄都是由近代物理所的超導(dǎo)ECR離子源產(chǎn)生或保持,只有高電荷態(tài)鈾離子束的束流強(qiáng)度由于材料性能等原因稍遜于美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)ECR離子源。該研究組通過數(shù)年的深入研究,自主研制成功高穩(wěn)定性感應(yīng)加熱高溫蒸發(fā)爐,可以在4特斯拉強(qiáng)磁場和超過2000度高溫的條件下長期穩(wěn)定工作,從而解決了鈾蒸汽穩(wěn)定供應(yīng)問題。該研究組近期在國際上首次把Vlasov型微波輻射器應(yīng)用于超導(dǎo)ECR離子源,改善了加熱ECR等離子體的微波功率分布,提高了微波加熱ECR等離子體的效率,形成了利于高電荷態(tài)離子產(chǎn)生的熱電子能量和密度分布,在相同微波功率下把產(chǎn)生的高電荷態(tài)離子束流強(qiáng)度提高了13%-30%。近日該研究組在超導(dǎo)ECR離子源上利用24GHz和18GHz雙頻微波加熱的方法以及感應(yīng)加熱高溫蒸發(fā)爐,首次產(chǎn)生了238U33+ 450 微安、238U42+ 60 微安、238U46+ 26微安和238U54+ 2.6微安等高電荷態(tài)鈾離子束(鈾離子多電荷態(tài)譜如圖2所示),這是高電荷態(tài)鈾離子束流強(qiáng)度最新世界紀(jì)錄。
以上研究成果在9月1日至6日由近代物理所主辦在蘭州召開的第十八屆國際離子源會議(18th International Conference on Ion Sources ICIS'19)上,以兩個大會邀請報(bào)告和一個會議口頭報(bào)告的形式進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)告與交流,受到了國際同行的廣泛關(guān)注和好評,來自日本理化學(xué)研究所(RIKEN)的T. Nakagawa博士在其大會的總結(jié)報(bào)告(Conclusion Remarks)中將上述研究成果作為大會亮點(diǎn)進(jìn)行評述。該研究組博士郭俊偉因在微波匹配和新饋入模式研究方面的進(jìn)展,經(jīng)過會議國際評獎委員會評選,獲得本次會議唯一的最佳口頭報(bào)告即“青年科學(xué)家獎”(Young Scientist Award)。
本次國際離子源會議在蘭州成功召開,來自全世界60多家科研機(jī)構(gòu)和高校的200余名專家學(xué)者齊聚一堂,交流探討離子源物理、技術(shù)、應(yīng)用及其相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,會議情況及報(bào)告詳見(https://icis2019.impcas.ac.cn/event/1/)。該系列國際會議始于1969年,每兩年一次(70-80年代曾停辦幾屆),是國際上規(guī)模最大的以離子源為主題的國際學(xué)術(shù)會議。上一屆會議2017年由歐洲核子中心(CERN)在瑞士日內(nèi)瓦主辦,下一屆會議將于2021年由加拿大的TRIUMF實(shí)驗(yàn)室主辦。
該研究工作得到中科院大科學(xué)裝置維修改造項(xiàng)目、國家基金委和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃等資助。
圖1:超導(dǎo)ECR離子源SECRAL II
圖2:優(yōu)化420 eμA 238U33+ 時(shí)的多電荷態(tài)譜圖和測量的水平方向束流發(fā)射度
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