问题——作为我国大型科学装置的重要平台,中国散裂中子源承担着为材料科学、能源、生命科学等领域提供中子探测与分析能力的任务。
随着用户需求持续增长,装置束流功率提升成为提高中子通量、缩短实验周期、增强装置供给能力的关键路径。
此次实现185千瓦稳定供束运行,标志着装置性能迈上新台阶,同时也对束流品质控制、系统可靠性与长期稳定运行提出更高要求。
原因——与以往功率提升相比,本轮攻关面对的难度显著增大,核心在于“升级叠加效应”带来的系统性挑战。
一方面,2025年完成升级的全新概念注入系统,使快循环同步加速器的束流动力学特性发生变化,既改善了部分运行指标,也引入新的参数敏感性与调束复杂度。
另一方面,环高频、电源等关键硬件系统更新后,多系统之间的耦合关系更为复杂;同时直线加速器部分硬件性能约束以及能量抖动等因素,进一步放大了束流损失控制与稳定性保持的难度。
上述变化导致束流物理模拟与实测之间出现偏差,成为制约功率继续抬升的关键障碍,必须通过更精细的测量诊断、模型修正与运行策略迭代来破解。
影响——束流功率提升直接转化为可用中子强度的增加,对用户端的获得感最为明显:在相同实验目标下,测量时间有望缩短,装置运行效率和排队周转能力提升,为高强度需求的谱仪实验创造条件。
更重要的是,中子散射在揭示材料微观结构与动力学过程方面具有不可替代性。
随着我国在新能源电池材料、高性能合金、先进复合材料、航空航天关键部件、集成电路与关键工艺材料等领域加速攻关,更高通量、更稳定的中子束流将为基础研究与应用研发提供更强支撑,推动从“能做实验”向“高效率做高难度实验”升级。
对策——此次185千瓦稳定供束的实现,关键在于以系统工程思维推进“测量—建模—调束—验证”的闭环优化:一是围绕束流动力学新特性,强化关键参数扫描与误差源定位,降低模拟与实测偏差对运行决策的影响;二是针对高功率下更敏感的束流损失控制需求,完善多点诊断与联动控制策略,提升调束的可重复性与稳态保持能力;三是在硬件更新后的新边界条件下,形成适配的运行窗口与安全裕度管理方法,兼顾功率提升与装置可靠性。
通过本次攻坚,相关团队积累了高功率条件下复杂硬件系统升级后的调束经验,也对后续功率进一步提升所需的技术路线进行了实证检验。
前景——185千瓦稳定供束不仅是一次纪录刷新,更是面向中国散裂中子源二期工程的重要节点。
二期建设的目标之一在于持续提升束流功率与综合性能,带动中子谱仪能力与用户服务能力同步跃升。
此次突破在关键技术链条上完成了阶段性“通关”,意味着我国在高功率质子加速器运行、束流损失控制、系统协同优化等方面的工程化能力进一步增强。
可以预期,随着关键硬件持续优化、模型与控制策略不断迭代,装置功率提升将进入更注重长期稳定性、可维护性与用户友好度的阶段,为我国大科学装置集群的开放共享和创新驱动发展提供更坚实支撑。
大科学装置的性能提升往往需要在理论认识、工程设计、技术工艺等多个环节的协同突破。
散裂中子源从160千瓦到185千瓦的跨越,看似数字的增长,实则反映了我国科研工作者在面对复杂技术难题时的执着探索和创新精神。
这一成就不仅为当前的科学研究提供了更好的工具,更为我国在基础研究领域的长期发展积蓄了宝贵的技术储备。
随着二期工程的推进,散裂中子源必将在更多前沿科学领域发挥更大作用,为国家科技自立自强贡献更多力量。