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1、重大研究项目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(Accelerator Driven Sub-critical System，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
2、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反应堆与贮存罐之间的移动，跳源时间小于 0.1 s。强流 RFQ 注入系统（LEBT）调试马鹰俊，
3、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 75 keV、超过 60 mA 的离子束，归一化均方根束流发射度为 0.13 mrad，引出束流的质子比好于 80%。
4、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 75 keV、60 mA 的质子束在束腰处束径小于 3 mm，束张角小于 71 mrad，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 20 mA 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 41 mA，传输效率大于 90%（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
5、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 75 keV 能量下离子源引 76 中国原子能科学研究院年报 2005 出束流为 66 mA 时，在 RFQ 入口处，束流强度为 47 mA，质子束在 LEBT 系统中的传输效率约为 90%；RFQ 出口束流峰值流强为 4244 mA，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 1.2 ms，频率 50 Hz，平均流强为 2.6 mA。实验波形如图 2 所示。目前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
6、 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 3 mA。图 1 RFQ 进出口束流信号较高曲线是注入的 44 mA 的束流波形；较低曲线是输出 41 mA 束流波形；传输效率为 92%图 2 RFQ 实验波形较高曲线为 47 mA 的注入束流；较低曲线为 44 mA 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 450 h，为 RFQ 提供束流 200 h 以上，其中，最长无打火在线运行时间为出束 60 h，其中为 RFQ 供束 30 h，束流稳定。目前，LEBT 系统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 77 可随时配合 RFQ 提供束流。
