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国内首台自主研制的超导扭摆磁铁在北京同步辐射装置投入运行
2019-11-28|文章来源:多学科中心 加速器中心 |【
 

  高性能的插入件(波荡器、扭摆磁铁)能大幅度提高同步辐射光的性能,是先进光源的重要标志,因此超导扭摆磁铁(SCW)是插入件技术的重要发展方向之一。高能所加速器中心在国家重大科技基础设施十二五规划项目“高能同步辐射光源验证装置HEPS-TF”中承担了SCW的研制任务。该任务的目标除了掌握超导插入件的关键技术(验收条目)之外,还希望将研制的SCW成功应用到北京同步辐射装置上,替代原有的永磁3W1扭摆磁铁HEPS-TF项目组所研制的3W1-SCW包括32个主线圈和4个校正线圈,在68mm超大磁极气隙的条件下,达到了2.6T的峰值磁场强度,其技术指标达到了国际先进水平。超导3W1扭摆磁铁涉及磁铁、机械、真空、低温、电源、控制以及失超保护、磁场测量等多个技术领域以及物理设计,研制难度极大。来自加速器中心7个专业组的40多人组成了一支年轻的研究团队,他们在攻关中锐意进取,凝聚集体智慧,克服了由于研究基础薄弱、研制周期短带来的一系列难题,成功研制出了我国第一台SCW,并通过国家发改委委托中科院组织的验收,填补了国内在该技术领域的空白。 

  3W1-SCW磁场强度设计值为2.6T(原3W1扭摆磁铁为1.52T),同步辐射特征能量由原来的6.32keV提高到10.2keV。高能光子通量大幅度提高(图1),在50keV光子通量提高了35倍,这将为高能同步辐射光源(HEPS)的光学部件测试提供重要的测试平台,同时也为开展高能X射线实验提供了重要的研究手段。 

  今年暑期检修期间3W1-SCW成功地安装到了BEPCII储存环上,北京同步辐射装置技术人员3W1前端区进行了改造和更新。1112日,3W1-SCW发出的同步辐射光引入到了BSRF-3W1实验站(图2),1114日,3W1-SCW运行在2.45T开始3W1光束线站的用户供光 

  利用3W1-SCW高通量和强穿透特性,四川成都顶峰多尺度研究所结合快速X射线成像与垂直气体炮加载技术,在100k帧频、单幅曝光时间1.25μs的情况下,首次获得高速侵彻下钙质砂内部的动力学和演化过程(样品厚度达5mm)的实验数据。这些数据将为深入认识冲击侵彻下钙质砂的微观变形和能量耗散机理提供重要的基础。该团队还利用BSRF独有的super buch填充模式,验证了进行单个super buch成像的可行性。在该束团填充模式下,动态实验的时间分辨率可进一步提升至50 ns 

  3W1-SCW产生的X射线在高能部分仍较高的通量。结合顶峰团队研发的探测系统,在测试中合作实验组获取了信噪比极好的300μm厚度单晶铜的白光劳厄衍射花样,曝光时间仅为200μs。经过后期的束线优化,有望将单晶材料的衍射时间分辨率提升至百微秒内,验证了在3W1开展中密度重要工程材料如钛、钢、镍等的动态原位实验的可行性。 

  超导扭摆磁铁在BEPCII上的应用,不仅拓宽了原3W1光束线站的应用领域,极大地提高了该束线的使用效率,而且也是高能同步辐射光源验证装置所研制设备的实际应用,具有重要的意义。 

 

  1.3W1-SCW和原3W1永磁扭摆磁铁的通量对比 

 

  2.3W1-SCW引出的同步辐射进入3W1实验站 

 

  3.3W1-SCW光源测得的钢弹丸高速侵彻钙质过程。帧频:100k,单幅曝光时间1.25 μs 

 

  4.3W1-SCW光源测得的300 μm厚单晶铜的白光劳厄衍射花样(曝光时间200 μs 


 
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