拍瓦激光质子加速器装置研究与应用示范

简 报（第六期）

摘要

根据 2020 年实施方案评审会和 2021 年度总结会专家们的建议和意见，各个课题针对工程关键技术进行联合攻关，实现了国产激光器 10J 出光，完成 CLAPA2 大气压缩部分的搭建及调试、大型腔体的整体框架加工以及束流传输系统评审，部分任务受疫情影响有所滞后，项目整体进展顺利。

一、项目整体进展

完成了冷却水系统、真空系统及气路系统等辅助设备的安装及调试，超净间施工已进入尾声，根据怀柔现场进展及各课题进展进行项目任务整体协调。

图1 怀柔现场冷却水外机组航拍图

二、课题推进情况

J 课题一与 THALES 合作的 2PW 激光系统高功率泵浦系统已经完成研制，正在准备系统验收。在国产激光系统中完成了最后一级放大系统的 10J 量级出光，同时完成了大气压缩部分的搭建及调试，压缩效率达到 70%，目前已获得最小脉宽 40fs，已初步达到输出百 TW 量级 fs 光的技术验收要求。与上海光机所合作研制的 25J 重频泵浦源，已经完成实验样机的技术验证工作。激光器采用双路输出的方式，每路输出激光的单脉冲能量~11J，最终实现 1Hz 重频下 22J 的输出能力。激光器输出光斑为超高斯光束、脉宽为~13ns、波长为 532nm，目前正在进行实验样机的拷机测试。

J 课题二 完成了品质提升腔、变形镜腔等大型真空腔体整体框架加工，腔体贴板正在加工中；完成等离子镜更换腔主体加工，待进行真空检测。

图2 大型真空腔体整体框架实物图

完成基于海尔贝克磁铁的紧凑型离子能谱仪机械加工。完成了多功能光束表征系统研制，可采集光斑远近场，并兼容波前探测器。

完成了闪烁体堆栈谱仪加工，可实时测量高能质子能谱和角分布。完成大口径镜架设计、镜架模态分析及隔振性能分析。

图 3 多功能光束表征系统图

J 课题三 束线磁铁已完成招标，在确认了磁铁参数后，已开始进行磁铁电源系统方案设计，同时开展 EMC 设计、线缆布线及桥架的设计工作，并对电源放置区域铺设静电地板。4 月 9 日进行了束流输运系统方案评审，专家认为束流配送系统的设计详细、方案清晰，满足了开展工程设计的条件。完成了质子输运线大厅辐射防护的评审工作和辐射防护的设计方案。

图 4 磁铁电源设计方案图（左）和辐射设计剂量模拟计算图（右）

J 课题四 在医疗器械领域法规基础上，与国内知名网络安全领域厂商就激光质子刀设备网络安全建设方案进行了多次沟通，形成了初步的网络安全建设（一期）方案，后续将在完善现有方案安装部署细节的基础上，推进激光质子刀网络安全建设；在此前网络通讯、服务器存储、中央控制室设计方案基础上，进行了核心交换机及接入交换机硬件采购、服务器存储系统硬件采购以及中控室操作台的选型及采购工作；完成了辅助设备控制的线缆统计、线缆编号及规划，为下一步进场布线及调试工作打下基础。

图5 中央控制室操作台最终方案效果图

J 课题五 已启动质控设备招标，预计年内到货；激光质子刀计划系统基本功能模块完成定制化开发，预计年底可以提供初级版本进行演示。

三、怀柔基建现场进展情况

4 月 15 日项目团队前往怀柔现场对关键点进行勘查，以保证后续项目工程安装施工。

图6 项目团队现场考察时合影

受新冠疫情的影响，科学城公司计划2022 年 7 月底交付场地；激光器开始安装时间后延至 2023 年年初。