米兰官网-从零到国际领先：中国科研人自力更生铸就“LEAF”利器—新闻—科学网

2015年春，兰州的风沙未能拦截住一群科研人的脚步，中国科学院近代物理研究所（如下简称近代物理所）四个研究中央的科研主干齐聚一堂。项目总卖力人、中国科学院院士赵红卫的话语，犹如一颗投入安静湖面的石子，激起层层波涛：“国际重离子范畴亟需一台低能量强流重离子加快器装配，存于多项庞大物理与技能挑战，但咱们要尽快建一台。”

超导离子源研制卖力人、近代物理所低能粒子束技能中央主任孙良亭先容，面临“低能区庞大需求”与技能封锁的两重挑战，这支其时平均春秋仅31岁的团队，决议自立研发多功效、小型化低能量重离子装配，并取名“LEAF”，即“低能量强流高电荷态重离子研究装配”。

近日，该团队荣获中国科学院第六届科苑名匠。

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启航——突破迷雾，挑战技能封锁

2015年，LEAF项目启动之初，便遭受了“拦路虎”。

超导高电荷态ECR离子源是LEAF的焦点部件，可出产电荷态高、流强盛的离子。铌三锡质料又是超导离子源技能的“心脏”，是制造高场加快器超导磁体的必选质料。然而，其时海内于铌三锡导线绕制平凡线圈方面，加工精度尚没法满意要求，更别说将其运用在繁杂的超导离子源磁体系体例造中。

“咱们原本规划与国际上其他试验室互助，配合霸占铌三锡超导离子源磁体技能。”孙良亭回忆道，“但不到一年时间互助戛然而止。”面临这一困境，团队成员没有涓滴畏缩，他们深知，惟有自立研讨，才能打破困境。

为了加工出及格的线圈，团队成员将头发丝般粗细、薯片般酥脆的铌三锡超导线，按设计图密密匝匝环绕纠缠700多圈，且偏差精度节制于50微米之内，每一三木SEO-一圈都容不患上半点过失。开初，因技能经验匮乏，环绕纠缠的线圈犹如混乱无章的麻线团，但经他们重复试错及优化改良，终极完成为了高精度铌三锡线圈的加工。

线圈绕好后，新的难题相继所致---怎样检测线圈的技能机能？面临这一技能空缺，团队成员发扬“小马过河”的精力，斗胆推演、敢于测验考试。他们经由过程无数次仿真实验，乐成霸占了检测难题，于初次测试中就验证了自立研制的铌三锡超导线圈机能，用现实步履向世界偕行证实了中国科研人的实力。

然而，超导磁铁的装置历程又呈现新的挑战。怎样节制其于强盛电磁力作用下的应力漫衍，确保磁体布局的不变性及靠得住性，成为困扰团队的新难题。

“咱们测验考试多种要领及技能手腕，效果都不睬想。直到发明金属压力囊及键条（Bladder key）技能的上风。”近代物理所高级工程师吴北平易近回忆道。

该技能是一种立异的异型超导磁体布局装置要领。经由过程金属压力囊（Bladder）及键条（key）的切确应力调控，将繁杂的磁体布局装置起来。

“这项技能犹如为超导磁体量身定制的‘紧身衣’，既能包管超导磁体于强盛电磁力作用下的不变性，又能矫捷调解应力漫衍，满意差别试验工况。”吴北平易近比方道。

于研制历程中，团队连续摸索新的要领及工艺，对于每个细节都举行重复验证与优化。履历了无数次实验，终极乐成地将金属囊的耐压能力从最初的两三兆帕晋升至50兆帕，搭建起了高场超导磁体装置平台，而且应用进步前辈的应力阐发要领及应变检测技能，实现了超导磁体样机和整机的乐成研制。

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加快——打造“离子”高速公路的极速畅想

离子从“发生器”中孕育发生后，需进入“高速公路”加快。团队乐成研制的持续波重离子RFQ加快器，犹如于微不雅世界里打造了一条超等高速公路，能让二十万亿个离子同时腾飞，奔向试验靶端。

然而，设置装备摆设这条“高速公路”并不是易事。已往，年夜大都同类加快器加快的重离子束只是“涓涓小溪”，而团队的方针是让重离子束形成“奔涌的年夜河”。为实现这一方针，他们犹如交通计划师，从头设计离子运动的“线路图”，让电磁场更精准地“指导”离子；同时对于加快器的布局优化，让离子束于高速运动时更“稳”，不容易散开。

张周礼于2004年作为研究生初入研究所时，便肩负起RFQ加快器研制的重担。彼时，所内无人涉足这一前沿范畴，他面临的是一片未知的空缺。

“设计RFQ加快器时，咱们遭受重重挑战。它不仅要具有加快粒子的功效，还有需实现束流的横向聚焦与纵向团圆，三年夜功效要集在一体，难度极年夜。”张周礼回忆。为霸占技能难关，赵红卫礼聘了一名来自美国的资深专家作为导师，引领他深切摸索RFQ加快器的秘密。

初入此道，张周礼心中尽是迷惑：“为什么必然要执着在RFQ加快器的研究？”导师说：“你有所不知，RFQ加快器虽体积不年夜，能量也不算高，但其功效之强盛、布局之繁杂，倒是其他加快器难以相比的。它是最具挑战性、最能引发科研热忱、也最能带来成绩感的科研项目。”导师的话，让张周礼豁然开畅，也越发坚定了他霸占RFQ加快器的刻意。

于研发历程中，团队面对的最年夜挑战是怎样实现高电荷态、高流强的束流加快。其时，海内外的研究年夜多集中于低流强范畴，而张周礼立志要霸占20个毫安的高流强难题。

为实现这一方针，团队采用全新的动力学设计方案——均温法，终极乐成降服高流强带来的技能挑战。

“这一技能冲破的意义于在，将来这种加快器能更高效地为重离子科学研究办事，为进步前辈质料、核能技能以和进步前辈放疗等范畴提供连续不变的离子束。”孙良亭暗示，就像从“间歇供水”进级到“全天候高压供水”，效率及实用性都年夜年夜晋升。

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进级——调配“鸡尾酒束“，解锁科研新可能

于重离子运用范畴，特别是核能质料研究中，可以或许让差别重离子束像练习有素的车队同样精准共同至关主要。为此，团队给加快器安装了一套“速率调治器”，就像给高速公路设计了智能调理体系。

以往，一条车道只能跑一种车——单一离子束，如今，经由过程这套体系，能让3种差别的车——3种离子束，同时于一条车道上跑，还有能经由过程调治它们的速率，让这些“离子车”齐刷刷达到尽头。这类“多离子混淆束”被形象地称为“鸡尾酒束”，可以或许满意更为繁杂试验的需求。

离子源室副主任杨尧回忆，于研制历程中，项目团队霸占一个又一个技能难题。此中，DTL调能体系的研制尤为艰巨。

“其时咱们面对的最年夜挑战是怎样于有限的时间内自力研制出射频腔体。于这个历程中，咱们犯了许多过错，但也堆集了名贵经验。”杨尧向记者先容道。

颠末无数次实验与改良，项目团队乐成研制出具备国际领先程度的DTL调能体系。该体系不仅实现对于束流能量的切确调制，还有同时统筹了束流的高流强及不变性。国际偕行中，该装配于低能强流高电荷态等要害技能指标上均到达国际领先程度，尤其是于束流强度方面，更是远超国际同类装配。

“有一次，装备于深夜呈现妨碍，而我其时是独一于场的人。那天是尾月二十九，快过年了。赵红卫院士特意赶来，咱们颠末约莫两周的努力，乐成解决了妨碍。此次履历不仅让我于营业能力上有了显著发展，更主要的是，它让我深刻领会到了责任感的主要性。”杨尧感触地说。

孙良亭先容：“咱们的束流强度指标此刻是国际之最，以氧离子束为例，国际指标年夜概于0.6毫安摆布，而咱们到达了1.1毫安。同时，咱们还有乐成地将束流能散度程度提高了一个量级，为核物理学家们提供了越发切确、不变的试验前提。”

今朝，LEAF装配已经乐成经由过程了国度验收，为用户供束1.3万小时以上，为海内外60多个试验提供了富厚的束流，取患了一批主要的研究结果。

但项目团队并未停下进步的脚步。孙良亭暗示：“一方面，咱们将进一步优扮装置机能，提高束流强度及不变性；另外一方面，咱们将踊跃摸索该装配于更多范畴的运用潜力，如新质料的研发、放射性同位素出产等。”