上亿个带电质子正在以零点几倍光速飞奔。它们集结起来,浩浩荡荡,形成束流。小小质子,能做什么?“长久以来,我国缺乏能够全面评估器件在轨辐射损伤风险的重器,这给航天器和载荷带来严重隐患。”中国科学院近代物理研究所(以下简称“近代物理所”)加速器总体室副研究员阮爽告诉记者,PREF将为器件空间位移损伤效应、试验评估方法研究提供重要支撑。作为科技创新的国家队,2018年11月,中国科学院挑起重担:由新疆理化所牵头,位于甘肃兰州的近代物理所担纲设计,联合建设PREF,用于开展地面模拟试验。一条“围巾”位于乌鲁木齐新市区科学二街的一座普通小楼,看上去并无特别之处,只有楼前红色条幅上“调试成功”的字样,让它显得与众不同。记者跟随阮爽走进这座小楼,乘电梯而下,来到加速器大厅,PREF的硬件设备就在眼前。“鸟瞰”这个词,不适用于PREF。装置建在地下,占地面积约两亩,无法饱览它的全貌。但当记者走进它的“心腹”,看到各式仪器组成的方阵时,还是被深深震撼了。
世界首台质子位移损伤效应模拟试验装置(PREF)全景
整个加速器由质子源、直线注入器、同步加速器和两个终端构成。从示意图看,它像一条打了结的围巾——同步加速器是“围脖”,质子源和终端是随风飘起的两端。从防护门进入,放眼望去,视线最先会被蓝色、黄色、银色的方块所吸引。它们是PREF的重要工作单元:磁铁和腔体。“蓝色二极磁铁是让质子转弯的,黄色四极磁铁是约束质子在管道里运动的,那个银色的磁合金高频腔是让质子加速的。”阮爽告诉记者。这些大块头顺接起来,形成一个环状,即同步加速器。目测不大,周长确实也只有18米,为国内最小。“小型化是PREF的突出优点。”加速器总体室副主任申国栋自豪地说,“因为小,它消耗的功率就小,更方便推广应用。”阮爽指着蓝色方块比划道:“你仔细看,下面有线圈。给它通上强电流,就能让束流沿着同步加速器转圈。” 束流每转一圈,经过高频磁合金加载腔一次,速度就增加一点。上百万圈后,最大可达约0.35倍光速,慢引出到终端开展质子辐照实验。