高品質因數1.3 GHz超導加速模組取得世界領先成果_風聞

來源：中科院高能所

經過近三年的不懈創新，中國科學院高能物理研究所完成了我國首台高品質因數1.3 GHz超導加速模組的研製、總裝和整體調試，攻克了國家大科學工程亟需的關鍵核心技術，取得世界領先成果。 

6月5日，高能所組織召開了“高品質因數1.3 GHz超導加速模組”成果鑑定會。鑑定會專家組由詹文龍院士、鄧建軍院士等14位來自中國科學院近代物理研究所、上海高等研究院、大連化學物理研究所，北京大學，清華大學，華中科技大學，中國工程物理研究院，中國原子能科學研究院等專家組成，北京大學劉克新教授擔任鑑定專家組組長。專家組聽取了項目組做的研製報告和測試專家組的測試報告，並現場考察了1.3 GHz超導加速模組。 

專家組指出：高能所在國際上首次成功研製了中温退火工藝1.3 GHz超導加速模組。模組總腔壓和總熱負荷及8只1.3 GHz 9-cell超導腔的平均加速梯度和品質因數性能，滿足了大連先進光源（DALS）的超導加速模組設計要求，也超過了美國直線相干光源二期項目（LCLS-II）及其能量升級項目（LCLS-II-HE）的超導加速模組設計指標（此為國際目前最高設計指標），超導腔平均品質因數優於LCLS-II-HE的摻氮工藝批量超導加速模組性能。 

專家組認為：項目組經過技術攻關，在高品質因數1.3 GHz超導加速模組研發上取得了重大突破和創新成果，在國際上率先實現了中温退火高品質因數超導腔模組技術路線，具有完全自主知識產權，模組性能處於國際領先水平，使我國高品質因數超導加速器技術走在了國際前沿。該模組的成功研製，標誌着中温退火工藝穩定可靠、易於實現，可作為未來高品質因數超導加速器的主要技術路線。該成果為我國建設國際領先的連續波電子加速器完成了高品質因數超導腔及模組關鍵技術和樣機驗證，具有重大的實際意義和廣闊的應用前景。專家組同意“高品質因數1.3 GHz超導加速模組”通過成果鑑定。 

高品質因數1.3 GHz超導加速模組是當前國際先進加速器技術競爭的制高點，是我國和國際上多個大科學工程的關鍵核心設備，技術極為複雜、造價高昂，是“要不來、買不來、討不來”的技術，是加速器領域的國之重器。 

我國正在建設及規劃中的多個重大科技基礎設施，如上海硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）、深圳中能高重複頻率X射線自由電子激光裝置（S3FEL）、未來高能環形正負電子對撞機（CEPC）等都需要大量的高品質因數1.3 GHz超導加速模組，亟待攻克這一關鍵核心技術並實現國產化，在關鍵領域實現新時代高水平科技自立自強，否則將造成加速器造價和運行費用大幅上漲，或者不得不花大價錢購買國外的產品和部件。 

高能所項目團隊在潘衞民研究員的帶領下，繼2020年在國際上首次改進中温退火工藝併成功實現1.3 GHz 9-cell超導腔的中温退火工藝之後，為滿足國家戰略需求，堅持自主創新，瞄準國際最高水平全力攻堅，實現了比摻氮工藝更為先進的中温退火高品質因數超導腔模組技術路線，創造了超導加速器品質因數的世界紀錄，滿足了我國相關大科學工程的迫切需求。模組高功率水平測試顯示：模組總腔壓133 MV時，2 K總熱負荷80 W，8只1.3 GHz 9-cell超導腔的平均加速梯度16.1 MV/m、平均品質因數3.8×10^10。模組總腔壓174 MV時，2 K總熱負荷122 W，平均加速梯度21 MV/m，平均品質因數3.75×10^10。模組穩定運行總腔壓大於191 MV，平均加速梯度達到23 MV/m以上。 

在模組研製過程中，項目團隊共進行了兩次模組組裝和數次降温測試，反覆摸索並攻克了在腔串潔淨組裝、模組總裝集成、降温和老練測試中遇到的諸多技術難題，並進行了多項模組結構優化改進和工藝創新。高能鋭新公司與加速器中心緊密合作、相互配合，形成了一套完整的組裝規範流程，培養了一支高水平的技術隊伍，為未來模組批量研製奠定了重要基礎。 

本項目得到了大連先進光源預研、高能環形正負電子對撞機預研、北京市先進光源技術研發與測試平台、高性能連續波1.3 GHz超導腔研究測試平台的支持。 

8×9-cell超導腔串在十級潔淨間組裝

9-cell超導腔串與冷質量組裝

1.3 GHz 9-cell超導加速模組總裝

模組安裝在水平測試站中

模組水平測試

高品質因數1.3 GHz 9-cell超導加速模組成果鑑定會