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中国电科38所助力中国散裂中子源首次打靶成功

2017年09月06日 10:57:32 来源: 中安在线

CSNS束流相位测量系统电子学

CSNS束流相位测量系统控制软件

  1998年6月,德国一辆城际快车意外出轨,事故元凶竟然是老化的车轮。车轮在英国散裂中子源上检测,发现其中的内部裂痕。无论是高铁的轮轨,还是飞机的涡轮、机翼里面都有应力,它决定了高铁和飞机使用寿命和安全性。但是,这个应力看不到、摸不着,对它的研究成了避免类似灾难发生的关键。如今,科学家已经可以在散裂中子源上,测量研究轮轨和机翼的剩余应力,优化机械加工工艺,使高铁和飞机变得更安全舒适。

  8月28日,中国电科38所研制的直线加速器束流相位测量电子学系统,助力国家大科学装置——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,获得中子束流,标志着散裂中子源主体工程顺利完工,进入试运行阶段。目前,全球正在运行的脉冲式散裂中子源主要有英国散裂中子源、美国散裂中子源和日本散裂中子源。建成后的中国散裂中子源,将成为世界第四台脉冲式散裂中子源。

  束流相位的精确测量,是直线加速器调束过程中重要的一环,直接关系CSNS的建设进度。2015年3月,中国电科38所成功中标直线加速器束流相位测量电子学系统。历经一年多技术攻关,中国电科38所通过科技创新,采用数字解调技术,首次实现了束流相位的全数字化工程测量。中国电科38所研发人员彭卫博士告诉我们,该设备在CSNS调试束流及打靶获得中子束过程中,实测相位精度达到±0.2度,技术指标领先国外同类商业产品。同时,该设备将单次调束时间由过去的3-4天缩短至现在的20-30分钟,极大地提高了调束效率,为散裂中子源主体工程提前完工提供了有力支持。在双方共同促进下,中国电科38所在研束流位置测量核心技术,将打破国外垄断,为实现束流位置测量设备国产化奠定坚实基础。

  所谓散裂中子源,通俗的说就是一个用中子来了解微观世界的工具,也因此被形象地称作“超级显微镜”。当然,中国散裂中子源并非国内唯一能产生中子的装置,我国还有两个反应堆中子源装置——中国先进研究堆和中国绵阳研究堆,它们可以提供连续中子束。所不同的是,中国散裂中子源是我国唯一能通过加速器打靶产生中子的装置。

  中国散裂中子源是国家“十一五”期间立项、“十二五”期间重点建设的重大科技基础设施。这次打靶首次获得中子束流,调试进度大大超过国际上其他散裂中子源调试过程。预计2018年春,中国散裂中子源将按计划全部完工,正式对国内外用户开放。未来,散裂中子源还将向国家申请二期工程建设,届时将新建谱仪,并将功率从100千瓦升级到500千瓦。

  世界上的物质是由分子和原子构成的,原子就像是原子核和核外电子的微小太阳系,质子和中子构成了原子核。

  散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具。当一个高能质子打到重原子核上时,一些中子被轰击出来,这个过程被称为散裂反应。被轰击的原子核温度升高,更多的中子就会“沸腾”起来并脱离原子核的束缚。

  如果将一个垒球用力投到装满球的筐中,有一些球会立刻蹦出来,而更多的球则会弹跳并翻出筐外,散裂反应与这个过程很相似。每个与原子核相作用的质子能够轰击出20到30个中子。

  从上世纪80年代开始发展起来的、基于先进加速器技术的散裂中子源是目前世界上最先进的中子源,它的基本原理是用高能强流质子加速器产生能量在1GeV以上的质子束轰击重元素靶(如钨或铀),在靶中发生散裂反应,产生大量的中子。(记者 顾继月)

  

[责任编辑: 周雨濛 ]
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