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先进光源技术研发与测试平台(PAPS)
文章来源:   |  发布时间:2019-04-09  |  【打印】 【关闭】  |  浏览:
 

  先进光源技术研发与测试平台(Platform of Advanced Photon Source Technology R&D, PAPS是由北京市与中科院共同支持在怀柔科学城首批开建的交叉研究平台项目之一,其紧密围绕我国一系列高水平光源装置的建设和开放运行,前瞻性和系统性地开展核心技术的研发工作,为我国先进光源的建设、运行和不断发展提供有力的技术支持和保证。 

    PAPS项目运用标准化、模块化的科学思想,搭建先进光源技术研发与测试公共平台,在先进光源加速器技术、X射线光学技术、X射线探测与应用技术中实现不同原型技术的开发验证,建设国际领先的先进光源技术和X射线应用技术研发平台。服务于国家重大战略需求、服务于科学前沿发展需要、服务于京津冀产业转型升级,成为世界一流的加速器技术和X射线技术的创新研发、验证、支撑中心,并发展和创新加速器和X射线应用的新理论、新方法、新设备,带动和引领加速器和X射线学科领域的发展。 

  使       

    PAPS项目是北京科创中心核心大科学装置——高能同步辐射光源顺利建设的重要保证。虽然通过十二·期间高能同步辐射光源验证装置的建设项目,我国在加速器与线站的主要关键技术方面迅速向国际一流水平看齐,但是距离全面实现高能同步辐射光源的先进指标仍有差距,同时在工程化、批量化和可行性验证方面还有大量工作急于开展。PAPS的建设,将迅速弥补这些缺陷,为高能同步辐射光源建设任务的高质量完成提供必要的技术支持和工程保证。 

  PAPS项目是促进我国先进光源应用和发展的重要基础。十二·十三·以及未来一段时间内,我国将陆续开展一系列先进光源的基础大科学装置的项目建设,鉴于工程项目对技术成熟度和可靠性的要求,保证光源先进性的核心技术必须提前开展前瞻性和系统性的研究工作,通过持续的发展与积累,才能真正实现技术的进步与突破。PAPS不仅直接服务于北京科创中心核心装置——高能同步辐射光源的项目建设,而且也将为上海光源及其二期、X射线自由电子激光、低能衍射极限光源、南方光源等我国其他大科学装置工程提供技术、条件和队伍的支持与保障。 

  PAPS项目是推动光源技术与成果进行转化的重要基地。随着X射线应用的普及与推广,对X射线的产生、传输、调制、探测等相关技术的需求也越来越迫切。同步辐射先进光源是性能最为优异的X射线源,各类最前沿、最尖端的实验需求,是推动X射线技术不断发展的重要动力和助力来源。PAPS的建设,在发展光源核心技术的同时,也将有力推动这些重要技术成果转化到更宽广的应用领域,在光源与各个交叉平台以及各种应用领域之间,架起交叉互通的纽带与桥梁。 

  建设内容 

     PAPS项目主要面向先进光源关键技术的研发,形成从高质量X射线的产生、传输、探测到应用的核心技术创新整体,如加速器超导高频技术、低温技术、磁铁技术等,以及超高分辨光学检测技术、超高精度X射线光学元件制备技术、高性能X射线探测技术以及X射线应用技术等,通过35年建成系统性、通用性、模块化、智能型的开放型研发与技术支撑平台。 

  平台包含加速器技术创新研究和X射线技术创新研究两个分平台。加速器技术创新研究分平台包括超导高频系统、低温系统、精密磁铁系统、束流测试系统四部分;X射线技术分平台流程分平台分为X射线光学、X射线探测和X射线应用三个部分,实现先进光源技术的快速开发、验证和改进,支撑先进光源技术的科技创新,搭建实验室结果与工业化的桥梁,有效推动先进光源相关学科和技术的发展。 

  科学目标 

    (一)PAPS项目的定位是建设成为具有国际一流水平和国际影响力的、先进光源核心技术的研发平台,近五年的具体目标是为高能同步辐射光源工程如期建成、实现预期设计指标提供良好的研发及工程化测试与验证的基础和条件,为北京综合性国家科学中心顺利建设保驾护航。 

  (二)PAPS项目将针对HEPS关键技术和必须设备开展先期测试和建设,包括超导高频测试平台,对高能同步辐射光源建设中将要使用的十二个高频腔进行测试与验证;磁测与准直平台,完成高能同步辐射光源建设所需近三千块高精度磁铁的测试、准直与调试;X射线精密光学元件加工与检测平台,为高能同步辐射光源首批光束线所需高精度光学元件与系统进行研制、测量与调试;X射线探测器研发平台,为高能同步辐射光源首批实验站提供各类高性能的先进探测器。 

  (三)PAPS项目将紧扣国家重大需求,支撑在材料科学、能源科学、生命科学、环境科学等国家重点支持的领域,开展世界一流的研究工作和战略高技术发展工作,突破一批涉及国家重大需求的关键核心技术和技术瓶颈,取得若干变革性的原始创新和重大集成创新成果,创制一批国际技术标准,使之成为推动我国自主创新能力提升的策源地。 

  主要工程目标 

    () 超导高频系统将建设国际先进的射频超导实验室,用于为未来大型超导加速器进行超导腔、耦合器、及恒温器的后处理及测试,处理和测试能力覆盖166MHz325MHz500MHz650MHz1300MHz等类型的超导腔,具备每年测试和处理300-400套超导腔和耦合器的能力;还将开展先进的射频超导新材料(如铌三锡)及新技术(如高Q值掺氮腔技术)的研发。  

    () 低温系统建成后将成为国内温度最低、规模最大、制冷能力最强的超导腔性能测试和超流氦性能研究基地。将建设完成一套2.5kW@4.5K300W@2K 制冷能力的超流氦低温制冷系统,包括三个超导腔垂直测试站、两个水平测试站和一个束流源测试站,支撑各种超导腔型研发过程中的超导腔垂直、水平性能测试和带束流测试。 

   

  低温厅及超导腔测试站布局图 

   () 精密磁铁系统配备磁铁测量、励磁电源和准直等磁铁研制关键学科所需先进的自研设备,设计指标达到国际先进水平;可满足HEPS主环2000余块磁铁批量化测量、准直的需求;准直实验室是国内已建和在建面积最大、温度条件最好的实验室。 

   () 束流测试系统将建成我国首个以光阴极电子枪和超导组元为核心的超导电子直线加速器束流试验装置。 

   

  束流测试系统布局图 

   () X射线光学系统主要围绕X射线光学元件的前沿需求开展超高精度的检测技术、加工技术和调控与装配技术的研发,并形成一系列满足高水平实验需求的光学设备。 在光学元件面形检测精度方面继续保持国际领先水平,完成各类微纳聚焦元件的研发制备,解决我国光源长期以来的卡脖子问题。 

  () X射线探测系统建立一批专业实验室,构成复合功能像素阵列探测器、成像探测器以及探测器系统集成测试三部分研发平台,实现探测器系统从传感器研发到电子学设计,最后到系统集成,形成同步辐射高性能探测器关键技术研发和样机工程化、实用化的完整链条。充分发挥技术、队伍与资源的集成优势,在X射线探测技术领域追求国际领先。 

  () X射线应用系统将针对X射线学科前沿和重要应用需求,发展成像、谱学、散射、衍射等实验方法及数据分析处理技术、软件,提升我国光源装置的软实力,并推动将先进的X射线技术应用到各个学科和领域中,促进社会发展和相应成果产出。 

  经济效益 

    PAPS项目的建设将首先满足高能同步辐射光源建设需求。作为目前世界上亮度最高、最为先进的光源装置,高能同步辐射光源对加速器、光束线以及实验站的技术和设备都提出了极高的要求,相当一部分达到甚至超过了当前的最好水平。本平台在实现这些极具挑战性的核心技术和设备研发与验证的同时,也将产生可观的经济效益。例如高能同步辐射光源加速器用到的高精度磁铁近三千块,当前国际报价总计数亿元;而首批光束线上的单色器与聚焦镜,以及首批实验站中的探测器,总额也达数亿元。 

  通过本项目的建设,将有效促进我国先进加速器技术、X射线光学与探测器技术的发展,并转化为一系列高端科学设备。这些技术和产品仅仅在我国后续一些先进光源重大科学基础设施建设项目中即可产生十数亿的经济效益,而且可以推广应用到常规X射线应用领域,从科研、生产到工业、医学等,如各种X射线衍射仪、X射线谱学分析系统、工业CT、医学CT、金属探伤、安检设备、工业产品检测设备、矿石检测设备等等,产生数十亿至上百亿的经济效益。 

  社会效益 

    PAPS项目将分阶段建成有世界地位和领先研究水平的国家级先进光源科学技术研究中心、创新中心和技术转移中心,通过长期建设和不断积累,力图发展成为布局全面、荟萃一流研发人员、能加速创新成果从实验室向产业化转移、为我国先进光源理论和技术发展以及大工程建设提供技术和人才储备的创新型研究平台,成为北京国家科学中心重要组成部分。 

  具有国际一流水平的大科学装置群是北京国家科创中心的根本,而先进光源则是北京大科学装置群的核心。平台的建设不仅是先进光源高效建设、运行和发展的基础,而且是将先进光源与各个相关创新研究平台的联通的重要纽带,是将先进光源的优异性能以及先进理论、技术、方法和设备源源不断应用到各个领域的重要桥梁。 

  法人单位 

    项目由中国科学院高能物理研究所北京怀柔科学城建设发展有限公司作为双主体建设单位。  

  中国科学院高能物理研究所从建所以来从业于我国在大型加速器和同步辐射光源领域的科研工作,有长期的科研积累和广泛的国际合作渠道。特别是通过十二·五期间立项的高能同步辐射光源验证装置项目的顺利实施,在加速器、光束线和实验站方面积累了建造先进光源所需的关键技术、人才队伍和组织管理经验。 

  北京怀柔科学城建设发展有限公司是统筹怀柔科学城开发建设、成果转化和运营服务的主体,也是管理运营政府出资的平台。在市委、市政府的统一领导下,公司统筹组织和管理怀柔科学城一核四区范围内的土地开发、整体规划、投资建设、基础设施、成果转化、资本运作、资产管理、运营服务与综合保障等相关工作,实现科学城高标准规划建设,高水平运营管理,推动怀柔科学城健康可持续发展。 

 

 
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