强流质子束打靶的关键性物理与技术问题研究

The applications of high power proton beam become more and more important. such as in high energy physics, spallation neutron source, accelerator driven subcritical system and radiation-hard material study etc. These applications are concerned with the beam-target interface problem, including beam spot uniformization at target, proton beam window, beam profile online monitoring and back-streaming neurtron treatment etc. This study project is aimed to carry out a systematic study on the interface problem. Both theoretical and experimental methods will be used to develop the beam uniformization method, seek adquate solutions for the structure and material of the proton beam window, study the online beam profile monitoring technique under very strong radiation background, and study the methods to solve the damage problem of the intense back-streaming neutrons on the hardware devices. These studies will provide theoretical and technological support to the applications of high power proton beams, and have significant scientific values and practical importance. The systematic studies on the beam-target interface problem is missed in the world until now, and have a sense of important renovation. The research team led by the applicant has already laid a good base on the subject in the past years, and is capable to execute the research program with high quality.

高功率质子束流的应用越来越重要，如在高能物理研究、散裂中子源、加速器.驱动的次临界核能系统和抗辐射材料研究等方面。这些应用都涉及到高功率束流的打靶问题.即输运线与靶的交接面的问题，涉及到打靶束斑的均匀化、质子束窗的设计、束流剖面的在.线监测技术、反冲中子的处理等。本研究项目针对该交接面区的相关问题开展系统性的研究.工作，采用理论研究和实验研究相结合的方法，发展和完善打靶束斑均匀化方法，在质子束.窗的结构设计和材料选择方面寻找合适的解决方案，研究强辐射环境下的束流剖面分布的在线监测技术，研究解决反冲中子对输运线设备和运行维护的危害作用的方法。这些研究将为上述强流质子束的应用提供理论和技术支持，具有显著的学术价值和实际意义。本项系统性研究工作是国际上所缺少的，本身具有创新性；申请人团队在该研究方向上已具有很好的基础，有能力开展并高质量地完成相关的研究工作。

高功率质子束流的应用越来越重要，如在高能物理研究、散裂中子源、加速器驱动的次临界核能系统和抗辐射材料研究等方面，这些也都是中国正在或准备发展的领域。这些应用都涉及到高功率束流的打靶问题即输运线与靶的交接面的问题，涉及到打靶束斑的均匀化、质子束窗的设计、束流剖面的在线监测技术、反冲中子的处理等。本项目针对该交接面区的相关问题开展了系统性的研究工作，具体研究内容分为5个子课题，包括：采用理论研究和实验研究相结合的方法，发展和完善打靶束斑均匀化方法；在质子束窗的结构设计和材料选择方面寻找合适的解决方案；研究强辐射环境下的束流剖面分布的在线监测技术；研究解决反冲中子对输运线设备和运行维护的危害作用的方法，以及将反冲中子变废为宝的白光中子束流应用；开展下一代加速器中微子束的概念性设计研究和国际合作。这些研究将为上述强流质子束的应用提供理论和技术支持，取得了一系列的学术成果，包括：杂志文章19篇，专著章节1个，国际会议论文5篇，国际会议报告15个，发明专利1个；也包括一些技术发展，如新型磁铁技术和样机、新型铝合金材料等。但更为重要的成果是本项目研究衍生出了多个重要的科学装置建设项目、新的研究项目和国际合作项目，如CSNS反角白光中子源项目、CSNS实验型缪子源项目-EMuS、加速器中微子束-MOMENT概念设计研究项目、美国长基线中微子实验-LBNF合作项目和国际缪束电离冷却实验-MICE合作项目等，这些项目的建设或研究将对我国未来多领域的研究提供重大的平台装置或者为我国参与国际主流粒子物理实验项目的合作提供了关键性的支持。本项目的研究体现了显著的学术价值和重大的实际价值。