高能同步辐射光源166 MHz超导模组研制成功
时间 : 2023-11-20     

11月20日,国家重大科技基础设施高能同步辐射光源(HEPS)装置的首台166 MHz超导模组成功完成了低温下的水平高功率测试,测试结果优于HEPS的设计指标,标志着166?MHz超导模组自主研制成功,为HEPS加速器的建设奠定了坚实的基础。  

166 MHz超导模组用于为束流提供加速和增能,是HEPS储存环上的核心设备,其中166 MHz超导腔、高功率耦合器、高次模吸收器、调谐器、腔串组件、恒温器等,分别由加速器部张沛高频研究团队和葛锐低温研究团队研制,项目组拥有完全的自主知识产权。 
166 MHz超导腔、高功率耦合器及腔串组件由北京高能锐新科技有限公司制造,恒温器由合肥聚能电物理高技术开发有限公司制造,HEPS高频系统及低温系统成员负责完成超导模组的设计、后处理、系统集成和测试工作,测试工作得到了先进光源技术研发与测试平台(PAPS)的大力支持。 

测试结果表明:在4 K温度下,加速电压达到HEPS运行值1.2 MV时,166 MHz超导模组的品质因数达到1.4E+9,模组4 K下的动态热负载为7.4 W,无场致发射。加速电压在1.6 MV时,模组的品质因数达到1.1E+9。在腔内峰值电场达到42.7 MV/m时,场致发射引起的剂量值小于0.3 μSv/h,与裸腔垂直测试水平相当。另外,高阶模式的测试结果与仿真计算结果吻合,满足HEPS不稳定性抑制要求。超导模组在1.2 MV运行腔压下烤机6天,运行稳定。 

HEPS 166 MHz超导模组是世界上首台用于加速近光速粒子(beta=1)的四分之一波长(QWR)主动型超导腔,并且实现了高阶模式的深度抑制。张沛研究团队在2022年裸腔研制成功的基础上,相继成功研发了166 MHz超导槽腔、166 MHz 250 kW连续波高功率耦合器、直径505 mm的10 kW铁氧体高阶模吸收器等一系列关键设备,同时与北京高能锐新公司的技术人员联合攻关,解决了大尺寸铁氧体吸收器清洗、超导腔串洁净组装等一系列难题,实现了超导模组在设计腔压下无场致发射,达到了裸腔垂测水平。166 MHz超导腔串尺寸大、重量大、调谐刚度大,对于恒温器设计提出了巨大的挑战,葛锐研究团队通过持续的技术攻关,解决了腔串与恒温器集成等一系列挑战,成功研发了166MHz恒温器及水平测试站。 

项目组下一步将积极推进166MHz超导腔及模组的批量制造,并将于2024年全面开展超导模组的系统集成,为后续储存环安装调试做好准备。

 
166MHz超导腔串洁净组装(左图)及超导模组(右图)

 
166MHz超导模组水平测试结果 

中国科学院高能物理研究所  供稿