世界最长RFQ成功出束

新技术 2018年08月04日
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日本国立量子科学技术研究开发机构与意大利国家核物理学研究所(INFN)、西班牙能源环境技术研究中心(CIEMAT)、法国原子能和替代能源委员会(CEA)萨克莱研究所以及欧洲聚变能组织(F4E)合作,在以尽快实现核聚变能源为目标的BA(Broader Approach)活动下,共同推进了IFMIF(国际聚变材料辐照装置)原型加速器的工程学验证实验,全球首次实现了采用8系统复用驱动式RFQ(射频四极场)加速器的质子加速。

在此次实验中,为了以高可靠性实现IFMIF原型加速器所需的大功率(电流为125mA,束流电力为0.7MW)氘核加速,全球首次采用通过8系统同步高频源进行复用驱动的方式。为了使RFQ内的电场模式形成适合发散较少的束流加速的形状,设计出了世界最长(9.8m)的RFQ加速器,同时还构筑了综合控制系统,可使加速实验顺利且快速完成,这也促成了全球首个8系统复用驱动高频电场加速技术验证实验的成功。

为实现在RFQ上连接超导高频加速器(SRF)的IFMIF原型加速器的最终构成,计划在2019年以后实施氘核加速试验,此次的研究成果将对此做出巨大贡献,同时还有望实现高强度中子源的开发,高强度中子源是验证建造核聚变原型反应堆的核聚变材料所需的装置。另外,高强度中子源还可用于医疗、农业和工业领域,预计还会出现各种波及效应。

图1:IFMIF原型加速器的整体图

图1:IFMIF原型加速器的整体图。长约36m,RFQ长9.8m。

目前的IFMIF原型加速器的全景

图2:(上图)目前的IFMIF原型加速器的全景。(下图)各部分的功能:由注入器生成,注入到RFQ加速器中的离子束(质子束),被来自8个系统的高频加速,然后被束流收集器吸收。在RFQ加速器的入口处1个位置测量到束流,加速后在3个位置测量到束流。

日欧联合研发小组的合作场景

图3:日欧联合研发小组的合作场景

RFQ组装

图4:(右)从入口侧拍摄的RFQ截面的情况。(左)RFQ组装前拍摄的电极长边方向的照片。电极顶端设有起伏。由此,加速束流的长边方向产生电场。

文 客观日本编辑部

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