近日,西安聚能超导磁体科技有限公司(聚能磁体)承担的中科院大科学装置维修改造项目“HIRFL备用超导ECR离子源研制”的最核心设备—SECRALII超导磁体冷体部分在中科院近代物理研究所完成测试。在4.2k液氦测试杜瓦整体励磁,经过10次失超锻炼,整体电流达到90%设计指标(65%为客户要求值,18GHz微波工作频率的高性能ECR离子源),这标志着我国独立研制建造的第一台复合ECR离子源全超导磁体取得关键性突破。
ECR离子源即电子回旋共振离子源是采用微波加热磁约束等离子体,并利用高压加速引出强流高电荷态离子束的装置。随着重离子加速器技术的发展,越来越需求强流高电荷态的重离子束流,这需要工作在更高频率更高磁场的ECR离子源装置作为注入器前端,高于18GHz微波工作频率的高性能ECR离子源装置必须采用全超导磁体提供磁约束场。
ECR离子源的超导磁体是由三个超导螺线管和一个超导六极磁体装配而成,由于超导磁体结构复杂,且储能和磁场强度很高,因此建造难度和风险较大。目前世界上已投入运行的全超导ECR离子源共有五台,分别是美国劳伦斯贝克莱国家实验室(LBNL)的VRNUS,美国密西根州立大学(MUS/NSCL)的SuSI,意大利南方国家实验室(INFN/Catania)的SERSE,日本理化研究所(RIKEN)的SC-ECRIS以及中科院近物所的SECRAL,国际上还有五台全超导ECR离子源正在建造之中,所有这些装置的超导磁体都是由美国、德国、日本的著名专业超导技术公司完成加工制造,因其工艺的复杂性,一般都要经过多次测试和反复研制,才能达到设计要求。
SECRALII超导磁体的核心部分超导冷体的测试成功,标识着我国依靠自主技术可以独立研制并加工复杂结构、高磁场的超导磁体,为大型离子源加速器各类高磁场复杂超导磁体的建造积累成功经验。
聚能磁体于2013年元月与中科院近物所合作,承担有关SECRALII项目中超导冷体的研制工作,聚能磁体凭借一流的技术团队和先进的生产工艺,经过三个多月的攻坚克难,成功研制出超导螺线管,并在中科院近物所一次性励磁达到设计指标的115%,并随后开展六极线包的加工工作,虽然六极线包加工难度高,但凭借绕线工人们的丰富经验,认真严谨的工作态度,最终加工得到与设计结构一致的产品。通过18个月的努力工作,聚能磁体成功研制出了稳定的超导冷体并得到90%的励磁结果,中科院近物所对此给予了充分肯定,并表示这即是超导磁体核心技术部分的关键突破,对后续我国超导磁体的应用及发展具有重要意义。