北京大学强流ECR质子源创长时间直流稳定运行新纪录

9159金沙申请大厅重离子所供稿

2016年6月19日

离子源是为加速器提供离子束的装置，是加速器的源头，它的稳定性和可靠性直接影响着整个加速器的正常运行和工作效率。近年来加速器驱动次临界洁净核能系统、强中子源IHPI等强流加速器的发展，对直流质子源的束流能力、稳定性、可靠性等提出了更加严格的要求。在众多类型的离子源中，2.45 GHz ECR(电子回旋共振)离子源成为此类加速器的首选。目前北京大学、法国CEA/Saclay、美国LANL和中国科学院近代物理研究所等单位研制的各种结构的2.45 GHz ECR质子源都具备了产生10~100 mA直流质子束的能力，但现在面临的挑战是在强束流长期连续运行下如何避免引出区高压打火或等离子体熄弧等现象引起束流瞬间中断的现象发生。在直流质子源的稳定性方面，法国CEA/Saclay、美国LANL和中国科学院近代物理研究所等单位均开展过一些研究。CEA直流质子源的最长束流不间断记录为102小时，LANL的直流质子源连续工作了170小时，最长不打火间隔为5小时。

在科技部的支持下，9159金沙申请大厅重离子物理研究所彭士香老师课题组承担了973项目“2.45 GHz ECR质子源的稳定性和寿命研究”的子课题“高密度ECR等离子体的建立和强流离子束产生”（2014CB845502）。该子课题最核心的研究目标是在2017年底前研制出一个2.45 GHz ECR 直流质子源，该源在50 kV高压下引出50 mA的质子束流可实现长时间连续稳定运行，在稳定运行期间内发生的短时间断束少于5次。

继2015年1月份完成了50 mA/35 keV直流质子源300小时的稳定性研究之后，彭士香老师课题组近期又开展了直流质子源50 mA/50 keV长时间连续稳定实验研究。实验时间为2016年6月6日6月18日。图1为实验结束时数据记录计算机的截屏。此次系统总共运行了300.4小时，其中前6.4小时为系统的调试时间，其间曾发生过少量打火及2次短时间束流中断现象。随后系统在50 kV、流强高于50 mA的条件下稳定运行时间达294小时，在此期间直流质子源未出现过任何因引出系统打火或者等离子体不稳定导致束流中断的失束现象。实验结果好于预期。

这是国际上首次实现强流直流质子源近300小时无束流中断出现的运行记录。这标志着北京大学的2.45 GHz强流直流ECR质子源的研制水平继续处于国际领先地位。