神龙二号，在世界巅峰腾飞 记世界首台兆赫兹重复率猝发强流多脉冲直线感应加速器

□ 姜 洋 邹文康



神龙二号，在世界巅峰腾飞记世界首台兆赫兹重复率猝发强流多脉冲直线感应加速器

□ 姜 洋 邹文康

2015年1月22日，神龙二号装置科技成果鉴定会现场，经过包括14位院士在内的鉴定委员会的鉴定：中国工程物理研究院流体物理研究所“成功研制了世界上首台兆赫兹重复率猝发强流多脉冲直线感应加速器。”

“该项目系统复杂，研制难度很大，有重大创新，总体技术处于国际先进水平，部分重要指标国际领先。神龙二号研制成功是直线感应加速器和我国尖端国防科技闪光照相技术发展中的一个重要里程碑！”

世界惊叹“中国龙”，创新助力强国梦。神龙二号的成功，受到国际国内同行的高度评价：

神龙二号是世界第一台兆赫兹重复率猝发多脉冲高功率感应加速器！

神龙二号从设计思想到技术突破完全是独创的！

神龙二号多脉冲感应加速器技术的突破被国际同行专家评价为：“确实代表感应加速器领域重大新成 就”！

在内爆流体动力学实验过程中，仅仅百万分之几秒的时间内发生快速和巨大的物理化学反应，在高压冲击波的作用下，实验材料的形状、密度等产生极为复杂且剧烈的变化。作为揭示内爆过程的“火眼金睛”，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了极为关键的地位。它的工作原理类似于医院的人体X光透视照相，利用加速器产生的高强度脉冲X光，穿透厚度相当于数十厘米钢的致密材料，对其内部以大于10马赫超高速运动的材料内亚毫米细节及其变化进行高精度的瞬态透视照相。

经过中国工程物理研究院流体物理研究所直线感应加速器研制团队三十多年的自主研制和创新式发展，我国直线感应加速器技术实现了从无到有、再到完全自主创新的跨越式发展，每十年一个台阶：

1983～1993年，研制成功我国第一台用于国防装备缩比装置闪光照相的10MeV直线感应加速器，达到当时国际先进水平，获得国家科技进步一等奖；

1994～2004年，研制成功我国第一台国防装备全尺寸装置精密闪光X光照相实验设施神龙一号，2004年4月，由包括13位院士在内的同行专家组成的技术鉴定委员会一致认为神龙一号加速器达到国际先进水平，荣获2005年度国家科技进步一等奖。

为了更精密可靠地校验武器设计，要求在百万分之一秒内实现多幅照相。这一直是核大国努力追求的目标，但受限于多脉冲高功率加速器技术无法突破而一直未能实现。美国LANL（洛斯·阿拉莫斯）实验室2009年建成的DARHT-II装置实际上是一台单脉冲加速器，其设计思想是先产生和加速长脉宽的单脉冲，在打靶前通过将90%的电子束偏转掉，剩下四个约50纳秒短脉冲分别打靶，实现多幅照相。其缺点是效费比低、造价高；同时，这几束短脉冲的时间间隔完全受限于单脉冲的总脉宽，间隔几乎不可调整。

本世纪初，国家设专项研制神龙二号，其目的是用以产生三个间隔数千万分之一秒的X光脉冲，以实现多幅闪光照相，这就要求直线感应加速器以百万赫兹重复率输出多个强流束脉冲并聚焦到同一点打靶。这对直线感应加速器研究团队提出了前所未有的挑战，研制难度极大，堪称高峰仰 止。

秉承“严谨求是，创新超越”的科研理念，直线感应加速器研制团队迎难而上，向着这座世界巅峰奋勇前行。

在进行总体技术路线论证时，项目负责人邓建军独创性地提出了基于单脉冲开关产生高功率多脉冲以及感应加速腔磁芯“多次励磁、一次复位”的设计思想，产生三个脉冲间隔独立可调的短脉冲分别聚焦打靶，在不同时刻产生高能量的X光进行同轴多幅闪光照相。该方案能够圆满解决同轴多幅和脉冲间隔可调的精密闪光照相难题，得到时任中物院副院长丁伯南院士的大力支持。

与美国DARHT-II装置相比，神龙二号设计方案突出的优越性在于：三个短脉冲是完全独立产生的，脉冲间隔独立可调，实验中可以根据具体的装备物理需求，获得不同时刻的内爆实验物理图像；同时，其束流利用效率高，几乎达到100%，造价只是DARHT-II的约五分之一。

原创性的开展装置研制，所面临的必将是荆棘密布、险滩处处。曾有科研人员戏称神龙二号的研究是从“一穷二白”中起步：“一穷”——技术储备极为薄弱；“二白”——总体设计方案前所未有，关键技术难题前所未遇。然而，他们誓要“白手起家，无中生有”！

经过十多年的刻苦攻关，以及院内外兄弟单位的大力协同，他们开创性地解决了兆赫兹重复率猝发多脉冲高压产生、多脉冲间加速腔磁芯复位等多项国际上极具挑战性的重大难题，掌握了全部的自主知识产权，成功研制出世界第一台兆赫兹重复率猝发多脉冲高功率感应加速器——神龙二号。

神龙二号实现了电子束能量约20兆电子伏、流强2千安，X光焦斑直径小于2.0毫米的三脉冲输出。装置所产生X光能够轻易穿透厚度相当于数十厘米钢的致密材料；X光脉冲极短，即曝光时间约亿分之一秒，能够有效减小运动模糊； X光焦斑尺寸足够小，对于被拍物体内以每秒几公里到十几公里高速运动的内爆过程，所得的X光图像界面可以达到亚毫米的精度。

更重要的是，神龙二号能够在百万分之一秒内实现多幅照相！通过对国防装备高速内爆过程进行“超高速连拍”，能够更进一步精密可靠地研究装备内爆规律、校验装备设计。

神龙二号与已经建成的神龙一号加速器相互垂直布置，可以进行准三维的闪光X光照相，即在一次闪光照相实验中可获得两个角度四个时刻的图像，大大提高了实验效率和置信度，而且其观测时间范围大，为开展相关武器内部长时间尺度的流体动力学状态研究提供了极大便利。

目前，世界上仅有中国和美国具备了同轴多幅和双轴精密闪光照相能 力。

神龙二号从设计思想到技术突破，完全是独创的。它的研制成功，是直线感应加速器和我国闪光照相技术发展中的一个重要里程碑。神龙二号使我国成为了世界上第一个掌握并研制成功兆赫兹重复率猝发多脉冲高功率加速器的国家！标志着我国尖端国防科技闪光照相能力实现了质的跨越，首次具备了双轴多幅精密闪光照相能力，对我国新型装备研制、提高装备综合性能具有重大意义！

（作者单位为中国工程物理研究院）