中国ADS质子加速器物理设计

摘要

加速器驱动的次临界反应堆系统(ADS)被认为是进行反应堆核废料嬗变的最佳技术方案之一.为了保证中国裂变核能的可持续发展,解决反应堆产生的放射性核废料的处理处置问题以及潜在的核燃料短缺问题,今年初中圉科学院启动了中国ADS项目的研究,计划在未来20多年内分三个阶段,建成一台热功率大于1000 Mw的ADS工业示范装置.其中的关键设备之一--15 MW束流功率的大功率强流质子加速器将由中国科学院高能物理研究所和中国科学院近代物理研究所共同设计建造.由于ADS对质子束流的特殊要求,ADS驱动加速器的设计一般遵循所谓的RAMI技术(Reliability,Availability,Maintainability,Inspectability).为了实现该目标,该加速器将采用两个互为热备份的10 MeV的注入器,其中注入器I由中国科学院高能所负责设计建造,工作频率为325 MHz,包括一台ECR离子源、3.2 MeV RFQ以及由超导Spoke腔构成的超导加速段;注入器Ⅱ由中国科学院近代物理研究所负责设计建造,工作频率为162.5 MHz,由一台ECR离子源、2.1MeV RFQ以及由超导CH(或超导HWR)腔体构成的超导加速段.主加速器由两种类型的工作在325 MHz的Spoke腔阵列将束流加速到165 MeV,然后变频到650 MHz,再由两种椭球腔构成的加速阵列将束流加速到1.5 GeV的最终能量.本文将主要介绍中国ADS质子驱动加速器的总体构造以及为了实现RAMl技术所采取的主要措施以及设计中的相关原则,以及加速器各段的主要功能构成以及相关的动力学结果.