吹尽狂沙始到金——记国产射频超导加速腔的研制 [复制链接]

第5版(教育·科技·文化)
专栏：“８６３”计划十年巡礼

　　吹尽狂沙始到金
——记国产射频超导加速腔的研制
周松平
超导加速腔是射频超导加速器的核心部件，是当前世界上加速器技术发展的热点和前沿之一。十年前，我国在这个领域还是一张白纸。
科学家丁渝先生曾在７０年代初涉足超导腔领域，他的逝世使超导腔研究停顿了。８０年代初，中科院院士，现任北大校长、北大重离子物理研究所所长陈佳洱教授为了跟踪国际先进技术，提出并安排了在重离子所开展超导加速腔的研究计划，打破了国内十多年来无人问津的局面。
１９８２—１９８３年间，陈佳洱教授在美国杨振宁先生的安排与支持下参加了美国纽约州立大学石溪分校重离子超导加速器的研究和调试工作。１９８４年他回到北大，着手准备发展中国自己的超导加速器。他先后送出多名技术骨干出国学习超导加速器技术，同时在国内争取有关部门的支持。
１９８８年，“８６３”计划强激光专家组决定发展超导加速器技术，以得到高品质电子束，产生具有高平均功率的自由电子激光。北京大学重离子所承担了该项高技术跟踪任务。在陈佳洱教授的指导下，一个以中青年为骨干力量的课题组成立了，他们以只争朝夕的精神投入国产超导加速腔的研制。
超导加速器超低温技术，涉及领域广，技术要求高，研制的难度相当大。在“８６３”计划的支持下，北大超导腔课题组从一颗螺丝钉开始，经过三年的不懈努力，建成了具有较高水平的射频超导实验室，利用德国赠送的铌腔，成功地进行了１．５ＧＨＺ铌腔的射频超导实验研究，改变了我国在超导加速腔研究领域的空白状况。课题组建立了超低温系统，使工作温度可保持在２Ｋ左右；独立研究了微波锁相测量系统；发展了一套超导腔表面的物理化学交叉处理技术。虽然时间不长，但这些研究成果都达到了当时的国际先进水平。
铌腔应该是国产的，只有这样才能立足国内发展我国自己的超导加速器技术，这是“８６３”计划的宗旨，更是课题组专家们的心愿。１９９２年，北大超导腔组开始了国产射频超导加速腔的研制。课题组通过努力，先后解决了诸如腔体设计，铌腔冲压模具的研制，腔体的电子束焊接等等技术问题，有些是国际上公认的高难技术，而最大的难题是国产铌材的改性。
国内生产的铌板品质只达到了国外商品铌的水平，与超导加速腔所需的高纯铌相差极远。能否将国产铌材改性，使其达到高纯铌的品位，成了国产超导加速腔研制成败的关键。面对这个难题，课题组开展了大量研究工作，夜以继日地进行试验攻关，并积极开展国际合作科研，终于研制出了国产铌材的改性方法，确定了后处理的工艺流程，解决了超导铌腔全部国产化的关键问题，彻底揭开了超导加速腔的神秘面纱。