问题——重大科学装置如何更好支撑前沿研究与产业创新,一方面取决于束流强度与稳定性,另一方面依赖高质量实验线站体系。
散裂中子源作为解析材料微观结构与动力学行为的重要平台,对束流功率、可用时间、测量效率和测试条件提出持续提升需求。
随着用户实验规模扩大、研究方向多元化,既要“更强的束”也要“更好用的线站”,成为装置能力建设的关键课题。
原因——此次连续突破,源于二期工程推进与加速器系统升级的协同发力。
3月5日成功出束的中子技术发展线站,是二期工程首个实现出束的线站,随后进入带束调试。
初步测试表明束流性能达到预期,意味着从设备研制到安装联调的主要链条已贯通。
该线站定位清晰,面向散裂源中子束的测试与验证需求,强调多功能、低本底和高效率,能够覆盖冷热中子飞行时间谱测量等场景。
建设过程中,团队围绕小夹角分束中子传输、多模式快速切换、实验终端高精度重复定位等关键环节开展持续攻关,形成可工程化落地的技术体系,为线站高质量运行打下基础。
与此同时,装置在束流功率上实现再攀升。
3月4日,中国散裂中子源打靶束流功率达到185千瓦并稳定运行,继2024年相继实现160千瓦、170千瓦后,再次刷新纪录。
功率提升难点在于系统升级带来的束流动力学变化以及关键硬件全面更新:注入系统完成升级后,束团分布、损失控制、稳定性边界等参数显著变化;高频系统、电源系统等关键设备更新后,耦合关系更复杂,物理建模和调束策略需要同步迭代。
团队自2月启动集中攻关,通过模拟计算、在线测量和参数优化相结合的方式,逐步压降束流损失、提升稳定供束能力,最终实现功率稳定输出。
影响——两项进展从“能力供给”和“效率提升”两个维度增强装置支撑作用。
首先,185千瓦稳定供束意味着单位时间内可获得更强的中子通量,有助于缩短用户实验周期、提高测量统计质量,从而提升装置总体开放运行效率。
对新能源材料、高端装备、航空航天结构材料、半导体与芯片相关材料等研究而言,更高通量意味着对微观缺陷、应力演化、相变行为等问题可以进行更快、更精细的表征。
其次,二期工程首个线站成功出束,标志着二期线站群建设迈出关键一步,为后续更多线站建设和调试形成可复制的工程经验与技术规范。
更值得关注的是,中子技术发展线站的“孵化”属性。
该线站可开展材料、器件、方法学、计量等多种中子束流测试研究,并可为中子探测器、中子导管、中子极化器等高端科学仪器的国产化研发与批量测试提供条件。
对于大科学装置而言,实验线站不仅是用户开展科学研究的平台,也是核心部件与关键技术迭代的试验场。
线站先行投入使用,有助于加速相关仪器装备从样机验证走向工程化应用,推动科研仪器链条更自主、更可控。
对策——面向持续提升目标,后续工作需在“稳、提、扩、用”四个方面系统推进:一是继续强化运行稳定性与可靠性管理,完善束流损失控制与设备状态监测体系,确保高功率下长期安全运行;二是围绕二期工程的功率提升路线,分阶段推进关键硬件升级与参数优化,形成可持续的功率积累机制;三是加快线站群建设与调试节奏,推动更多线站尽早形成可用束流能力,提升用户服务供给;四是以线站为牵引,建立面向国产关键部件的测试评价规范和共享机制,让装置能力更有效转化为科研与产业创新成果。
前景——从此次攻坚结果看,185千瓦稳定供束不仅刷新纪录,也对二期工程关键技术路线进行了系统验证,为后续进一步提升功率和拓展实验能力积累了经验。
随着二期线站陆续建成并形成稳定运行,装置将更有条件面向国家重大需求和前沿科学问题,提供高质量中子束测试与研究支撑,在新材料研发、先进制造、能源技术攻关等方面发挥更大作用,并推动相关高端科学仪器与核心部件的自主创新能力提升。
中国散裂中子源的这两项新进展,既是技术突破的体现,也是我国自主创新能力的生动写照。
从关键硬件的全面升级到新线站的成功出束,每一步都凝聚着科研工作者的智慧和汗水。
面向未来,随着二期工程的不断推进和功率的持续提升,这个"国之重器"必将在基础研究和应用创新中发挥越来越重要的作用,为我国在新能源、新材料等战略性新兴产业的发展提供坚实的科学支撑。