2022年10月7日,中國散裂中子源工程(CSNS)打靶束流功率達到140kW并穩定供束運行,超過設計指標40%。
CSNS打靶束流功率于2020年2月達到100kW設計指標后,加速器團隊做了進一步提高打靶束流功率的規劃。2021年暑期檢修期間,快循環同步加速器(RCS)安裝了脈沖校正四極磁鐵,用于對束流光學參數進行校正以及對加速過程機器模式的快速調節;2022年暑期檢修期間,安裝了磁合金加載腔作為二次諧波腔,以操控縱向束流分布,從而增大聚束因子降低空間電荷效應。
2022年9月10日開始了新一輪束流調試工作。在前期大量準備工作的基礎上,經過近一個月的精心調試,CSNS加速器打靶束流功率提升到140kW,比設計指標提高了40%,大大提高了裝置運行效率。空間電荷效應及其引起的束流損失是限制強流質子加速器束流功率提高的最重要因素。在束流調試過程中,團隊通過仔細優化RCS基波腔壓與二次諧波腔壓比以及注入過程與加速過程基波腔與二次諧波腔相位差,顯著增大了聚束因子,降低了空間電荷效應的影響。同時,用脈沖校正四極磁鐵校正了RCS注入磁鐵對束流光學的擾動,并根據不同能量階段空間電荷頻移與束流不穩定性,精細調節了加速過程的工作點模式。通過上述機器調試,團隊有效控制了CSNS高功率下的發射度增長與束流損失,實現了140kW束流功率打靶,束流損失控制優于100kW。
靶站各系統對到靶束流功率提升的影響進行了詳細的分析與評估,結果顯示140kW下靶站運行安全。本次功率提升后,靶站各系統運行安全穩定,水冷、低溫系統各項參數符合預期,靶體、慢化器、反射體等核心部件溫度監控值均在安全范圍內,靶站持續高效輸出中子束流,各譜儀刻度與用戶實驗正在有序開展。
CSNS打靶束流功率達到140kW并穩定運行,不僅大大提高了裝置運行效率、縮短用戶實驗時間,也驗證了CSNS-II束流功率提升的關鍵技術路線,為CSNS-II設計和工程建設積累了寶貴的經驗。