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【科學(xué)網(wǎng)】主體工程即將開(kāi)建，這倆“國(guó)之重器”要放大招
加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置（CiADS）和強(qiáng)流重離子加速器（HIAF）施工現(xiàn)場(chǎng)。（圖片來(lái)源：中科院近代物理研究所）
粵港澳大灣區(qū)東部，一塊近1平方公里的地塊在山海間格外顯眼。在惠州市惠東縣黃埠鎮(zhèn)，兩大國(guó)之重器將在群山之巔嶄露頭角。這里是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“十二五”建設(shè)項(xiàng)目——加速器驅(qū)動(dòng)嬗變研究裝置（CiADS）和強(qiáng)流重離子加速器裝置（HIAF）（下稱兩大科學(xué)裝置）的施工現(xiàn)場(chǎng)。
建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，一條長(zhǎng)百余米、深數(shù)米的半地下隧道豎條坑頗顯氣勢(shì)。未來(lái)，一座全長(zhǎng)350米的超導(dǎo)直線加速器將在此落成，它將與高功率散裂靶、次臨界反應(yīng)堆一道，組成CiADS完全體，為驗(yàn)證嬗變?cè)?、解決核廢料處置問(wèn)題鋪路。
CiADS不遠(yuǎn)處，是HIAF所在地。借無(wú)人機(jī)俯瞰現(xiàn)場(chǎng)，已能看清同步加速器圓環(huán)的大致位置。核科學(xué)研究中，新核素的鑒別、重元素如何產(chǎn)生等問(wèn)題一直未解，HIAF的落成，有望幫科學(xué)家找到答案。
2018年年底開(kāi)工至今，項(xiàng)目的場(chǎng)地配套工程已進(jìn)入尾聲。按規(guī)劃，兩大科學(xué)裝置將于2025-2026年建設(shè)完畢。
向重大、看前沿，同時(shí)開(kāi)建的經(jīng)濟(jì)賬
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》從中科院近代物理研究所（下稱近物所）獲悉，目前，兩大裝置處于工程設(shè)計(jì)及施工階段，主體工程將于下半年進(jìn)場(chǎng)施工。
其中，CiADS的超導(dǎo)直線加速器預(yù)研樣機(jī)已實(shí)現(xiàn)30千瓦束流持續(xù)100小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，目前正向100千瓦邁進(jìn)。HIAF主電源、磁鐵和真空管道等關(guān)鍵部位的樣機(jī)研制已基本完成，即將進(jìn)入批量生產(chǎn)。
這兩個(gè)大家伙為何要一起建？近物所副所長(zhǎng)、研究員胡正國(guó)表示，兩大裝置同時(shí)開(kāi)建，部分技術(shù)力量、設(shè)施可以共用，不但能節(jié)約資源成本，且有利于未來(lái)打造加速器集群。CiADS和HIAF都是核科學(xué)領(lǐng)域的大裝置，我們的目標(biāo)是把兩者集合在一起，形成新的大科學(xué)工程。
“兩大裝置技術(shù)方面有一些接口是重合的，都有加速器部分，但它們各自的物理目標(biāo)不一樣”，HIAF總工程師、近物所研究員楊建成告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，CiADS瞄準(zhǔn)核廢料處理處置研究，面向國(guó)家重大需求，HIAF則更側(cè)重核科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究。
前積淀、后發(fā)力，為乏燃料處理鋪路
建成后，CiADS將成為世界上首個(gè)兆瓦級(jí)加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)研究裝置。CiADS總工程師、近物所研究員何源告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）是核廢料處理公認(rèn)的可行技術(shù)路徑，能在短時(shí)間內(nèi)降低乏燃料放射性，并從中分離出有用元素加以利用。
處于次臨界狀態(tài)時(shí)，CiADS的安全性也得以保證。加速器從外界為反應(yīng)堆供能，當(dāng)中子輸送停止時(shí)，反應(yīng)堆即刻停止反應(yīng)，堆內(nèi)產(chǎn)生的新中子少于湮滅掉的中子，進(jìn)入次臨界狀態(tài)。
但迄今為止，還不曾有驗(yàn)證這一路徑的先例。加速器和反應(yīng)堆同為20世紀(jì)原子能領(lǐng)域的重要成果，二者間技術(shù)差異大，再將之與散裂靶耦合，難度極高。對(duì)CiADS建設(shè)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，單加速器一項(xiàng)，就需要將能量25兆電子伏特、長(zhǎng)度20米的樣機(jī)放大，能量要到500 兆電子伏特、長(zhǎng)度要達(dá)200米，且保證輸出可靠、安全合規(guī)。
團(tuán)隊(duì)的底氣源于積累。2017年，近物所完成了中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“ADS嬗變系統(tǒng)”的研究工作，國(guó)際首臺(tái)ADS超導(dǎo)直線加速器前端示范樣機(jī)、顆粒流散裂靶樣機(jī)、針對(duì)鉛鉍反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)的耐輻照和腐蝕材料等一系列重大突破性成果為CiADS的建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。
一批新生科研力量也因此迅速成長(zhǎng)。參加先導(dǎo)專項(xiàng)的隊(duì)伍中，有近四百人成為建設(shè)CiADS的中堅(jiān)力量。
“我們知道什么是困難，并知道怎么去解決它?！痹诤卧纯磥?lái)，這是整個(gè)團(tuán)隊(duì)的信心所在。
拓新路、創(chuàng)亮點(diǎn)，造一方核科學(xué)重地
按指標(biāo)，建成后的HIAF可以產(chǎn)生極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線核素，且能對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量。為此，HIAF需要提供穩(wěn)定且高能的重離子束流，束流能量最高可達(dá)4.25吉電子伏特。
“HIAF的定位是建國(guó)際一流的重離子研究裝置，建之前我們就想清楚，要達(dá)到一流、有自己特色，那就必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)?！睏罱ǔ杀硎尽橥瓿裳b置建設(shè)，快循環(huán)脈沖電源、陶瓷內(nèi)襯薄壁真空室等一系列特色技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
早在項(xiàng)目籌備初期，研究團(tuán)隊(duì)就摸了一遍國(guó)際同行的底。
“快循環(huán)加速器的管道一般都是金屬的，產(chǎn)生的渦流會(huì)導(dǎo)致粒子丟失”，楊建成告訴記者，這是國(guó)際上所有加速器都要克服的問(wèn)題。
為此，項(xiàng)目組另辟蹊徑，用一節(jié)一節(jié)的陶瓷環(huán)支撐不銹鋼真空室。僅有2-3毫米薄的陶瓷內(nèi)襯強(qiáng)度夠高、柔韌性也很好，不導(dǎo)電也不會(huì)產(chǎn)生渦流。為了解決束流管壁的阻抗問(wèn)題，項(xiàng)目組還為陶瓷內(nèi)襯鍍上了微米級(jí)別的膜。
這套屢屢創(chuàng)新的方案表現(xiàn)不俗，楊建成表示，樣機(jī)已驗(yàn)證陶瓷室真空度可達(dá)10-10帕，“真空一抽，不銹鋼薄壁會(huì)緊緊壓到陶瓷環(huán)上”。
再過(guò)幾年，CiADS和HIAF將在惠州落成，成為核科學(xué)研究的一方重地。胡正國(guó)表示，“我們建設(shè)大科學(xué)裝置，要在實(shí)現(xiàn)科研目標(biāo)的同時(shí)發(fā)揮它的效益，未來(lái)，兩大科學(xué)裝置將與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室聯(lián)動(dòng)，打造粵港澳大灣區(qū)乃至國(guó)際上重要的核科學(xué)中心。”
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