四翼型RFQ高精度腔體的制造技術(產品)

一、技術背景：

四翼型RFQ（Radio Frequency Quadrupole射頻電四極場）腔體是RFQ直線加速器的核心部件，腔體單翼的加工質量是整個加速器的關鍵所在，其加工精度直接決定了直線加速器的運行質量，也直接關系到ADS系統研制的成敗。

ADS是加速器驅動次臨界潔凈核能系統（Accelerator Driven Sub-critical System）的縮寫，它是利用加速器加速的高能質子與重靶核（如鉛）發生散裂反應，一個質子引起的散裂反應可產生幾十個中子，用散裂產生的中子作為中子源來驅動次臨界包層系統，使次臨界包層系統維持鏈式反應以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗變核廢物。

發展歷史：

在上個世紀90年代之前，就有人提出用加速器來產生核能、增殖核材料和嬗變核廢物，也有人提出用反應堆解決該問題，但由于加速技術及投資問題，一直處于在個別發達國家的研究中，未能大力發展，而反應堆技術嬗變核廢物也由于中子通量密度小及核臨界安全等問題受到限制。

二、應用范圍：

ADS概念是上個世紀90年代提出的，它的出現使多年的努力可變為現實。它主要致力于：

1、充分利用可裂變的核資源，使鈾-238高效轉化為易裂變钚-239核，或開發利用釷資源。

2、在ADS的不同中子能量場中，可嬗變危害環境的長壽命核廢物（次量錒系核素及某些裂變產物）為短壽命的核廢物，以降低放射性廢物的儲量及其毒性；而ADS本身在產能過程中，產生的核廢物卻很少，基本上是一種清潔的核能。

3、RFQ（Radio Frequency Quadrupole）是一種利用徑向高頻電四極場分量約束低能粒子束并軸向電場分量加速粒子束的直線加速結構。1970年由蘇聯科學家Kapchinskij和Teplyakov提出。在1980年，美國LANL實驗室建成了世界上第一臺RFQ直線加速器。從此，它逐漸受到人們的重視，并相繼在許多國家的大學和實驗室建成了基于RFQ結構的直線加速器。近年來RFQ加速器成為低能直線加速器發展的熱點，是散裂中子源和加速器驅動潔凈核能系統的關鍵技術，同時在工業、醫學和國防等領域有重要應用。

4、RFQ加速器將帶電粒子束的束流匹配、橫向聚焦、縱向聚束和加速集中在一個高頻腔內完成，因此結構緊湊、體積小巧、束流品質好、特別適于加速強流低能離子束。

三、技術的創新性與先進性

四翼型RFQ腔體單翼的加工技術具有一定的創新性和先進性，主要體現在以下方面：

（1）單翼采用進口無氧銅材料，剛性差，硬度低，加工過程需要特殊的加工工裝和防護措施；

（2）單翼極頭是波浪形調制線，采用成型刀技術進行加工，保證了加工的尺寸精度和一致性；

（3）采用深孔鉆技術，解決了水冷深孔的加工問題，在鉆孔深度超過1000mm的情況下，保證偏心不超過0.2mm；

（4）采用三坐標測量技術，對腔體單翼的加工精度進行精密測量；

（5）采用氫爐釬焊技術，解決了無氧銅材料之間的真空密封問題。

（6）在恒溫環境下加工，有效的保證了單翼的加工精度和尺寸的穩定性。

四翼型RFQ高精度腔體示意圖

由中國科學院近代物理研究所及其控股公司蘭州科近泰基新技術有限責任公司自主研發、制造的具有自主知識產權的四翼型RFQ高精度腔體其研發總體水平將接近或達到國際上發達國家同類產品制造企業的水平，對提升企業自主創新能力和國際競爭力具有重大的推動作用。對促進就業，帶動地方經濟的發展也有一定的社會效益。