科研人员成功加速高熔点钽离子

近期，中国科学院近代物理研究所在HIRFL加速器上首次成功加速能量为12.5MeV/u的¹⁸¹Ta³¹⁺束流，为国内外30多家用户的单粒子效应及辐照实验提供了累计超过200小时的束流，填补了国内单粒子效应实验工程关键考核点空白。 

本次成功加速Ta离子，是对兰州重离子加速器数个工作状态极限的挑战。Ta的熔点是2996℃，是高熔点金属，难以获得其高离化态、高产额离子束流。此外，Ta离子在注入器SFC加速过程中的磁刚度低、接近设计场强的最低正常工作极限，而在主加速器SSC加速的磁刚度却很高、接近最大设计磁场。超导离子源SECRAL采用双频24GHz微波技术与等离子体溅射方法，在低引出电压的情况下，克服强空间电荷效应产生并引出31+的高电荷态Ta离子束流。在低场强情况下，SFC谐波线圈产生的谐波分量严重影响等时场，造成加速轨道形变、引出束流能量偏低，重离子加速器运行人员独创性地采用了单组谐波线圈（共4组）束流引出技术，实现了标称能量的束流引出。SSC加速克服了弱流强注入及引出、高场强下等时性变差等难题，成功调出了束流。 

高电荷态重离子Ta束流的加速成功，表明兰州重离子加速器国家实验室紧密结合国防重大战略需求，不断拓广辐射源的LET范围，填补了国内重离子LET从73-87MeV·cm²/mg的空白，实现了75MeV·cm²/mg工程考核点，对开展新材料、新工艺、新结构电子器件的单粒子效应研究，建立新型器件单粒子效应仿真模型和数据库，提升我国电子器件单粒子效应检测和评估的能力有着重要意义。 

 

图1.离子源SECRAL分析产生的Ta³¹⁺离子束图谱 

 

图2.SFC及SSC引出束流信号 

来源：中国科学院近代物理研究所