《超导质子加速器2K超流氦大型低温恒温器关键技术研究及应用》

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核电是中国未来能源体系的重要组成部分,也是中国能源安全的战略需要,核裂变能的可持续发展核能则必须实现核废料的安全处置。加速器驱动次临界系统(ADS,Accelerator Driven Sub-critical System)利用加速器产生的高能强流质子束轰击重核产生宽能谱、高通量中子作为外源来驱动次临界堆芯中裂变材料发生持续的链式反应,使得长寿命放射性核素最终变为非放射性的或短寿命的核素,并维持反应堆运行。是公认的核废料处理最有前景的技术手段,国际上尚未有建成先例。中科院根据中国核能可持续发展的重大需求和国际上的发展态势,提出中国ADS发展路线图。并从2011开始通过中国科学院战略科技先导专项,进行加速器驱动嬗变研究装置原理验证,超导质子直线加速器则为ADS先导专项重要研究内容之一。该项目超导质子加速器2K超流氦大型低温恒温器关键技术研究及应用主要目的研制满足超导质子直线加速器的大型2K超流氦低温恒温器,并在未来ADS嬗变装置中批量应用。国际上大型在建的加速器大多采用低温超导技术,如欧洲European-XFEL、ESS,美国LCLS-II、FRIB,日本规划中的ILC,国内将要建设的上海SCLS等。该项目中大型低温恒温器的关键技术研究,无论是建设中国的大型超导加速器,还是深度参与此领域国际合作都具有重要意义。

作为国际首台应用于超导质子直线加速器2K超流氦温度大型低温恒温器,具有多项创新性的技术特点:

(1)创造性的提出超导设备底部绝热支撑的结构理念,奠定此类型低温恒温器的结构基础;

(2)解决了紧凑的低漏场超导螺线管磁体、稳定的失超保护以及高效率的电流引线关键技术;

(3)发明了低漏热、高强度的低温绝热支撑的新型结构型式;

(4)提出了2K低温传输管道的真空独立性方法,发明了低温管道真空隔断的新型结构型式。从而掌握低漏热、高精度、高效率、可操作性等大型低温恒温器的关键技术。

超导质子直线加速器2K超流氦大型低温恒温器成功的研制,不仅实现了国际上首台连续波运行的超导质子直线加速器,为未来大型ADS装置奠定了很好的技术基础,具有重要的学术和社会价值,同时该项目的一些关键技术也被成功应用在重大国际合作当中,如European-XFEL大型低温恒温器受到国家领导人的重视与关注,LCLS-II大型低温恒温器研究纳入中美高能物理会谈等,因此具有重要的政治和经济价值。项目在三年累计直接经济效益约1亿元,间接经济效益数千万元,发表了20多篇学术论文,其中5篇SCI期刊论文,4篇EI期刊论文,获得专利2项。

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