图:“神龙二号”项目负责人邓建军(左)、加速器系统负责人、研究室主任石金水(右)、分系统负责人李劲(中)讨论技术问题/网络图片

  【大公报讯】(记者 刘凝哲)自主研发的兆赫兹重复率多脉冲高功率加速器“神龙二号”,24日在四川绵阳正式通过国家级现场竣工验收。官方媒体消息称,“神龙二号”历经15年研制,是直线感应加速器和尖端武器闪光照相技术发展中的重要里程碑,项目处先进水平。“神龙二号”的研制成功,被媒体称为是核武器再获重大突破。其工作原理类似医院人体X光透视照相,利用加速器产生高强度脉冲X光穿透数十厘米厚的钢板致密材料,成为揭示武器内爆过程“火眼金睛”,供精密研究武器内爆规律、校验武器设计之用。

  在武器内爆流体动力学实验过程中,仅仅是百万分之几秒时间内就会发生快速和巨大物理化学反应,在高压冲击波作用下,实验材料的形状、密度等产生极为复杂且剧烈的变化。直线感应加速器闪光X射线照相设施在认识武器内爆物理规律和校验武器设计过程中占据极关键地位。2015年首次公开曝光的“神龙二号”研制成功,被媒体称为是核武器技术再获重大突破。

  新华社引述工程物理研究院最新消息称,“神龙二号”24日在四川绵阳正式通过国家级现场竣工验收,由包括14名院士组成的成果鉴定委员会认为:该项目系统复杂,研制难度很大,有重大创新,总体技术处于先进水平,部分重要指标领先。

  从单脉冲走向多脉冲

  事实上,在十几年前研制的“神龙一号”直线感应加速器,在当时总体性能已达到先进水平。公开资料显示,2003年宣告研究成功的“神龙一号”,主要用于核武器流体动力学试验闪光X光照相,是自行研制的核武器模拟试验关键设备。有了这种设备,就可在实验室进行模拟核弹头初级模型的内爆试验、校验巨型计算机的数值模拟计算程序,也就是采用实验室模拟加数值模拟,可解决核弹头从原理设计到武器化、工程化的一系列问题,不用进行地下核试验就能进行新弹头的设计、评估核材料的老化效应以确保核武器的可靠性和安全性。

  一次实验多幅图像

  “神龙一号”研制成功后,直线感应加速器研究团队欲更上层楼,他们不满足于只能产生单个脉冲、每次只能拍得实验产品内爆过程指定某一时刻图像,遂构思打造新系统。“神龙二号”由工程物理研究院流体物理研究所独创设计,科研人员创新性地提出多脉冲高功率加速器的技术路线和设计方案,联同相关单位,经过15年艰苦努力,攻克兆赫兹重复率高功率多脉冲产生、加速等一系列关键难题。

  2011年12月15日,“神龙二号”加速器主束线顺利实现合龙,2014年1月3日,加速器多幅闪光X光照相系统成功进行首次多幅闪光X光照相爆轰实验。2015年1月22日,“神龙二号”加速器顺利通过了中物院组织的科技成果鉴定,标志率先全球掌握并成功研制“兆赫兹重复率猝发多脉冲高功率加速器”。“神龙二号”加速器结构庞大复杂,主体包括由八十个加速腔组成的加速段,连同注入器、聚焦段和靶室总长近八十米,其脉冲功率源平台包括159根脉冲形成线,92个汇流箱等。

  产品在生产加工、工艺处理和装配等过程中不可避免地存在差异,而实验时的复杂环境和实验过程,使武器在内爆压缩过程中亦产生不对称性现象。“神龙二号”每次可产生3个间隔数千万分之一秒的X光脉冲,这让研究人员于同一实验获得多个时刻图像信息,有助他们对内爆规律分析掌握,为武器设计提供周全保障。

  “神龙二号”攻顶历程

  2011年12月15日:“神龙二号”加速器主束线顺利实现合龙

  2013年4月18日:“神龙二号”通电成功

  2013年3月27日:“神龙二号”加速器顺利完成首次三脉冲打靶实验

  2014年1月3日:“神龙二号”加速器多幅闪光X光照相系统成功进行了首次多幅闪光X光照相爆轰实验

  2015年1月22日:“神龙二号”加速器顺利通过了中物院组织的科技成果鉴定

  2017年11月24日:“神龙二号”在四川绵阳正式通过国家级现场竣工验收(资料图片:科学报)

  脉冲间隔独立可调 美难望项背

  据科学报报道:“神龙二号”作为全球首台兆赫兹重复率猝发多脉冲高功率感应加速器,绝大部分问题从未遇到过,须靠团队闯出新路来。

  与美国DARHTⅡ相比,“神龙二号”三个短脉冲完全独立产生,脉冲间隔独立可调,实验中可根据具体的武器物理需求,获得不同时刻的内爆实验物理图像,造价只是DARHTⅡ约20%。反观,DARHTⅡ产生的数束短脉冲完全受限于单脉冲的总脉宽,其时间间隔几乎不可调。整个调试过程中最棘手的是绝缘问题,美国花了七年才解决相关问题。   “神龙二号”产生的是三脉冲,同美国DARHTⅡ单脉冲相比,脉冲互相间电磁干扰影响更复杂,任何疏忽均可能引起加速腔打火,严重时导致绝缘材料被击穿。

  为此,中方耗费大量心血和时间,不断提出改进方案,逐个通过实验验证进行排查。项目负责人邓建军曾这样形容团队研究工作:“美国人想不到,不代表我们也想不到;我们想到的,美国人不一定想得到!”

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