我国首台2×6MV商用串列加速器完成组装 我国2×6MV串列加速器零部件实现全部国产化

 在江西瑞昌的一处实验基地内,一台长达数米的银色装置安静地矗立着。它的外观并不起眼,却蕴藏着足以让带电粒子“两级跳远”的神奇能力。2026年3月,经过一年多的科技攻关,我国首台2×6MV商用串列加速器在这里完成了组装与冷调试,各项性能指标全部达标,即将交付使用。更令人振奋的是,这台装置的零部件实现了全部国产化,拥有完全自主知识产权,标志着我国在串列加速器高端仪器设备制造领域跻身国际先进行列。

  加速器的“两级跳远”

 串列加速器究竟是什么?不妨想象一个田径场上的“两级跳远”运动员。在普通静电加速器中,带电粒子只能被加速一次,好比只有一次起跳。而在串列加速器里,粒子要完成两次“跳跃”——先以负离子的身份被吸入高压电极,在途中被剥离电子“变身”为正离子,再被推出去,能量因此倍增。

 这台2×6MV串列加速器的工作过程颇为精巧。负离子从离子源出发,经过预加速后被注入第一段加速管。高压电极为正高压,对负离子产生吸引力,粒子朝高压电极方向完成第一次加速。当负离子抵达高压电极内部时,经过电荷剥离器转变为带多个正电荷的离子——这个过程就像给粒子“脱掉一层外套”。紧接着,正离子进入第二段加速管,受到正高压的排斥力,第二次被加速出去。最终,粒子获得的总能量等于(N+1)倍的端电压——对于质子而言,能量正好是单级静电加速器的两倍。

  从实验室到产业化的“关键一棒”

 串列加速器听起来像是“高冷”的基础科研设备,实际上它与普通人的生活有着隐秘的联系。在半导体行业,高能离子注入是芯片制造的关键工序,而串列加速器正是实现这一工艺的核心装备之一。在生物医学领域,它可用于癌症治疗中的质子束照射,精准打击肿瘤细胞。在材料科学中,它帮助研究人员模拟太空辐射环境,测试航天器电子元件的抗辐射能力。

 此前,国际上仅有少数几家公司具备商品化串列加速器的生产能力,我国相关科研和产业发展长期面临设备依赖进口的困境。如今,这台2×6MV商用串列加速器的问世,填补了国产高端加速器在商业化领域的空白。从核心的加速管到高压发生器,从绝缘系统到控制系统,每一枚螺丝、每一段线缆都实现了自主研制。一位参与项目的工程师形象地打了个比方:“以前是买别人的跑鞋,现在是自己造跑鞋,还能根据不同的赛道定制。”

  “冷调试”背后的硬功夫

 完成组装之后,这台加速器还经历了一场严格的“入学考试”——冷调试。所谓冷调试,就是在不产生束流的情况下,对设备的真空系统、高压系统、冷却系统等进行全面测试。钢桶内充入七点几个大气压的六氟化硫气体用于绝缘,真空度要抽到极高水平,确保加速管内几乎没有残留空气。科研人员逐项检验、反复校准,直到所有指标都达到设计要求。

 冷调试的顺利完成,意味着这台加速器已经具备了“上岗”资格。接下来,它将交付用户单位,正式投入运行。这不仅是设备从工厂走向实验室的最后一步,也是我国高端仪器装备从“样品”走向“产品”的关键一跃。正如一位长期从事核物理研究的学者所说:“造出一台样机是本事,造出一台能稳定运行的商用设备是更大的本事。我们终于做到了。”

  从跟跑到并跑的“加速器图谱”

 回望中国串列加速器的发展历程,这条路上写满了“从无到有”的奋斗印记。早在20世纪80年代,我国就建成了HI-13型串列加速器,其钢桶长25米,最大内径5.5米,用当时国内企业制造的钢材和绝缘气体,支撑起核物理基础研究的重任。2025年,中国原子能科学研究院为哈尔滨工程大学研制的串列加速器系统通过验收,实现了国内首台套商品化串列加速器的突破。

 如今,这台2×6MV商用串列加速器的问世,将国产化水平推向了新的高度。它不仅在性能上对标国际同类产品,更在成本和维护便利性上具备显著优势。未来,它将被用于核材料基础研究、半导体高能离子注入、生物医学应用等多个领域。科研人员还计划在此基础上开发更多型号,拓展应用场景,让“中国造”串列加速器走进更多高校、研究所和产业一线。

 当这台完全国产的串列加速器在瑞昌的实验基地完成最后一次调试,屏幕上跳动的数据宣告着一个事实:中国在高端仪器设备领域的“加速”,才刚刚开始。从兆伏级高压的稳定产生到加速管精密装配,从核心部件自主研制到整机商业化交付,每一步突破都在为后续更宏伟的“加速器图谱”铺路。正如一位老科学家所言:“造加速器的人,最懂得什么叫‘厚积薄发’。今天我们跑出的这一步,是为了明天跑得更远。”

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