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央视网:为“超级显微镜”打造“动力心脏”——航天技术助力“国之重器”顺利收官

发布时间:2018-04-18    【来源:二院23所】


央视网消息:3月25日,中国建成首台散裂中子源,中国航天科工下属航天广通,为工程中加速器提供的近50台套功率源设备全部达到验收指标,“超级显微镜”的“动力心脏”将开始工作。

散裂中子源项目负责人陈和生院士说,散裂中子源就像是个超级显微镜,用中子当“探针”,探索物质微观结构。很多人都用过光学显微镜去观察肉眼无法直接看到的细胞和细菌。而中子探测的世界,可能更微观,用中子照相的方法,可以观测一滴水是如何从一株植物的根部运输到枝叶上。治疗癌症、检测飞机高铁安全性都需要用到它。

如果原子的直径能放大到棒球场那么大,那中子就像场中一个蚂蚁那么小,这小到用放大镜也看不见的粒子,能为我国材料科学、生命科学、环境资源、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究帮助。但中子并不好产生。将质子加速到相当于0.9倍光速速度,当“子弹”去轰击原子系数很高的重金属靶,金属靶的原子核会被撞击出质子和中子两种粒子,科学家通过特殊的装置“收集”中子,中子散射就像“探针”,可以探索物质微观结构。

把质子加速到0.9倍光速是核心技术,射频功率源系统是粒子加速的关键,可以说这些系统是“超级显微镜”的“动力心脏”。因为射频功率源系统中很多关键设备尚无国产先例,再加上可靠性要求极高,散列工程研发这些年,很多厂家望而却步或铩羽而归。而航天广通则迎难而上,啃了一个又一个硬骨头,为散列工程设备的国产化和系统工程的顺利进行提供了强有力的支撑和保障。

十年,广通人做了国内首套200MHz以上大功率四极管功率源、国内首套应用于加速器系统的数字低电平系统,RCS环线射频铁氧体加载腔整体性能达到国际一流水平,DTL直线加速器3MW 324MHz速调管脉冲射频功率源近1000个小时稳定运行。

散裂中子源加速器部经理傅世年这样评价航天广通:“这是散裂中子源项目从开始坚持到最后的唯一一家关键设备配套商,啃下了加速器里面80%的硬骨头。”

回首这十年,历历在目的是百折不挠的研究试验,是不分昼夜的坚守和思考,是酣畅淋漓的攻关喜悦。

一叩门就是十年缘

2006年冬天,项目组涉足一个没有试水过的领域,熬夜自制了一件高精度水冷盘,在铁氧体加载腔投标现场惊艳亮相,赢得评委们的“芳心”,获得了散裂中子源的首单500kW高频功率源项目,开始了与这个国家大科学工程10多年的缘分。

低电平负责人王志宇带领项目团队几乎从一张白纸开始,利用航天广通在雷达、通信领域中数字信号处理技术,团队完成了国内第一套用于加速器装置的数字化高频低电平控制系统,大大地改善了束流性能。在此基础上,团队又继续完成了更多创新和完善,衍生成了全数字型、全模拟型、数模混合型等系列化低电平产品线,在国内独占鳌头。

越过这道坎就是世界领先

为散列工程提供的很多功率源都是第一次研发,比如325MHz电子管高频功率源,因为核心指标全部高于国外同类型功率源,在国际上都是首次应用,国外实验室和外方厂家也没有类似经验,可以说越过这道坎就是世界领先。产品光在所内研发就用了3年,成品更是在用户现场配合加速器调试了4年。

由项目负责人姜勇牵头成立的三人攻关小组,吃住都在调试厂区。调试厂区位于郊区,条件简陋,住着简易房,睡着木板床,夏热冬冷蚊虫多,吃就买点面包或去旁边街上找家小饭馆,为了提高抵抗力大蒜成为每餐必备,被大家称为“美食伴侣”。

设备需要48小时连续加电满功率测试,只要一出现打火,实验就算失败,要重新开始计时。整个调试过程就是在打火、分析、老炼,又打火、分析、再重新老炼。为了判断打火位置,大家都有点‘神经质’,就算睡觉时,有点响声也会以为是打火了惊然起身,一天能睡个3、4小时安稳觉已经是奢求。经过300多个日日夜夜,不断对比分析运行数据,最终攻克了技术瓶颈,实现350kW功率连续60小时稳定运行,核心指标全部高于国外同类型功率源,超出用户验收要求。

离家千里却不孤单的坚守

2015年,项目组有近2/3的时间工作在东莞,虽然和家远隔2000多公里,但他们不感到孤单,因为有团结、协作的好战友和各位高能所老师如家人一般的陪伴。

从2008年的DTL直线功率源高压撬棒保护装置、高压调制器预研开始,项目组与用户一起经历了研发、试运行、批产、现场安装、调试,直至最终2018年系统总验收。由于DTL系统调试要求,调试几乎全部放在了东莞用户现场。仅从2015年开始现场安装,到2018年验收,项目组成员累计现场工作时间就超过了3500人天。项目组成员为了项目进度,主动放弃了端午、中秋、元旦等多个假日与家人团聚的机会,无怨无悔。

临危受命敢担当

作为整个工程最后一个招标的项目,引出脉冲电源肩负着将速流引出的重任,技术指标苛刻,研制的时间却很紧张。工程进度在前,黄永清、陈雪宇、崔恒善、李成祖、孙永红、董亮、邵炫、郭新涛等设计人员通宵达旦讨论设计方案和仿真分析,将设计图纸反复审核7次。

调试阶段,遇到了高压电缆和高压连接器可靠性不过关,频繁出现打火损坏,一次又一次72小时考机实验功败垂成,像一块大石压在项目组的心头。关键时刻,孙世春、郭新涛、姚少峰顶住压力,大胆采用国产新型结构的电缆,经过反复五轮实验改进,提高了可靠性,最终打破了只有国外昂贵的特种电缆才能满足要求的误区。

2016年12月,经用户检测各项指标均达到或优于合同要求,部分指标优于欧洲散裂工程同类设备,顺利完成现场验收与交付工作,成为航天广通承担的散裂项目总体工程中第一个交付的项目。

2017年8月28日,中国散裂中子源首次打靶成功获得中子束流,航天广通提供的核心关键设备运行稳定,不辱使命。2018年3月,航天广通派出由魏世东、赵海琪、姜勇、李艳东、孙世春组成的实验队驻扎在散裂中子源工艺测试现场,跟踪保障设备运行,再一次出色完成了任务。

散裂中子源的建成恰逢“大科学装置的盛世”,装置将肩负发展中国中子散射研究和应用的重任,及担当国家科技产业创新中心的核心装置重托。经过散裂中子源工程,航天广通锻炼了一支“能打仗 打胜仗”的队伍,在射频功率源领域,航天广通做到产品问鼎国内第一,国际翘楚。

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