ADS驱动器从“跟跑”到“领跑”

核废料处理问题是核能发展需要解决的关键问题之一，加速器驱动次临界系统（ADS）是解决核废料问题的一种非常有效的方法。国际上没有高功率ADS原理验证装置，高功率连续波强流质子加速器和相应的散裂靶是ADS的驱动器。连续波强流质子加速器是解决重大科学问题、国家重大需求以及国民经济重要问题的关键工具，也是未来先进加速器研究的前沿方向之一。

何源团队

超重元素合成、放射性束工厂、高通量加速器、中微子工厂、加速器驱动的核废料嬗变、先进核裂变能、裂变聚变用材料辐照、放射性同位素生产等领域，对从几十千瓦到几十兆瓦的高功率离子束提出了迫切需求。而可靠的高功率密度散裂靶也同时是这些装置的“咽喉”技术，其运行功率密度、运行寿命、对加速器失束的要求，决定了整个装置的性能。

目前国际上还没有运行的连续波强流加速器，低能强流束的稳定可靠传输与加速，以及可稳定承受十兆瓦功率的散裂靶仍是世界性难题。

在国家自然科学基金“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”重大研究计划的支持下，来自中科院近代物理研究所、中科院高能物理研究所、清华大学、北京大学和中科院上海应用物理研究所的课题组，在ADS驱动器研究中取得代表性成果，连续波强流超导直线加速器高功率调试实现国际领先；原创提出并原理验证全新高功率散裂靶技术路线。

2017年，由中科院先导专项支持研制的国际首台ADS超导直线加速器25MeV前端示范样机（CAFe）建成。中科院近代物理研究所何源牵头的项目组基于CAFe加速器研究平台，逐步实现了2毫安连续波强流低能离子束的稳定传输与加速。该成果是国际ADS加速器的一个里程碑，验证了RFQ和HWR超导腔稳定加速10mA连续波质子束的可行性，并在稳定运行高功率连续束流方面积累了大量第一手的经验，创造了目前国际上连续波强流超导直线加速器所达到的最高束流功率和最长运行时间纪录。另外，项目组提出并验证了基于等离子体、氦清洗等多措施复合的HWR超导腔在线恢复技术，首次在测试平台实现低beta超导腔性能下降的恢复。该方法可将超导腔性能恢复时间从6个月缩短到20天以内。

中科院近代物理研究所王志光牵头的项目组在新科学平台及散裂靶研究方面取得代表性成果。该项目组提出原创概念颗粒流散裂靶，开发出自主知识产权的基于颗粒流靶的ADS设计模拟程序，并建立了国际首台颗粒流散裂靶原理样机，验证了颗粒流散裂靶关键技术。上述研究成果和数据被用于CIADS装置物理方案优化设计、创新性ADS系统—加速器驱动陶瓷快堆（ADCFR）的概念设计。