四翼型RFQ高精度腔体的制造技术(产品)

一、技术背景：

四翼型RFQ（Radio Frequency Quadrupole射频电四极场）腔体是RFQ直线加速器的核心部件，腔体单翼的加工质量是整个加速器的关键所在，其加工精度直接决定了直线加速器的运行质量，也直接关系到ADS系统研制的成败。

ADS是加速器驱动次临界洁净核能系统（Accelerator Driven Sub-critical System）的缩写，它是利用加速器加速的高能质子与重靶核（如铅）发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。

发展历史：

在上个世纪90年代之前，就有人提出用加速器来产生核能、增殖核材料和嬗变核废物，也有人提出用反应堆解决该问题，但由于加速技术及投资问题，一直处于在个别发达国家的研究中，未能大力发展，而反应堆技术嬗变核废物也由于中子通量密度小及核临界安全等问题受到限制。

二、应用范围：

ADS概念是上个世纪90年代提出的，它的出现使多年的努力可变为现实。它主要致力于：

1、充分利用可裂变的核资源，使铀-238高效转化为易裂变钚-239核，或开发利用钍资源。

2、在ADS的不同中子能量场中，可嬗变危害环境的长寿命核废物（次量锕系核素及某些裂变产物）为短寿命的核废物，以降低放射性废物的储量及其毒性；而ADS本身在产能过程中，产生的核废物却很少，基本上是一种清洁的核能。

3、RFQ（Radio Frequency Quadrupole）是一种利用径向高频电四极场分量约束低能粒子束并轴向电场分量加速粒子束的直线加速结构。1970年由苏联科学家Kapchinskij和Teplyakov提出。在1980年，美国LANL实验室建成了世界上第一台RFQ直线加速器。从此，它逐渐受到人们的重视，并相继在许多国家的大学和实验室建成了基于RFQ结构的直线加速器。近年来RFQ加速器成为低能直线加速器发展的热点，是散裂中子源和加速器驱动洁净核能系统的关键技术，同时在工业、医学和国防等领域有重要应用。

4、RFQ加速器将带电粒子束的束流匹配、横向聚焦、纵向聚束和加速集中在一个高频腔内完成，因此结构紧凑、体积小巧、束流品质好、特别适于加速强流低能离子束。

三、技术的创新性与先进性

四翼型RFQ腔体单翼的加工技术具有一定的创新性和先进性，主要体现在以下方面：

（1）单翼采用进口无氧铜材料，刚性差，硬度低，加工过程需要特殊的加工工装和防护措施；

（2）单翼极头是波浪形调制线，采用成型刀技术进行加工，保证了加工的尺寸精度和一致性；

（3）采用深孔钻技术，解决了水冷深孔的加工问题，在钻孔深度超过1000mm的情况下，保证偏心不超过0.2mm；

（4）采用三坐标测量技术，对腔体单翼的加工精度进行精密测量；

（5）采用氢炉钎焊技术，解决了无氧铜材料之间的真空密封问题。

（6）在恒温环境下加工，有效的保证了单翼的加工精度和尺寸的稳定性。

四翼型RFQ高精度腔体示意图

由中国科学院近代物理研究所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司自主研发、制造的具有自主知识产权的四翼型RFQ高精度腔体其研发总体水平将接近或达到国际上发达国家同类产品制造企业的水平，对提升企业自主创新能力和国际竞争力具有重大的推动作用。对促进就业，带动地方经济的发展也有一定的社会效益。