西安200 MeV质子应用装置的建设及调试

王忠明， 陈 伟， 邱孟通， 闫逸花，张 辉， 王敏文，王百川,， 杨 业,， 王 迪， 刘卧龙， 王茂成，吕 伟， 赵铭彤， 赵 晨， 魏崇阳， 王学武， 关遐令，郑曙昕， 邢庆子， 姚红娟， 程 诚， 杜泰斌，张化一， 雷 钰， 王 丹， 杜畅通， 马鹏飞， 刘晓宇， 李 岩， 叶文博， 于旭东

(1. 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024； 2. 西北核技术研究所， 西安 710024；3. 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室， 北京 100084； 4. 清华大学 先进辐射源及应用实验室， 北京 100084; 5. 清华大学 工程物理系， 北京 100084)

卫星和航天器工作在带电粒子构成的空间辐射环境中。空间辐射环境中的高能带电粒子在半导体器件中诱发的辐射效应,可导致器件工作性能退化、工作状态突变甚至永久性损伤，严重影响卫星和航天器的可靠性及寿命。

宇航抗辐射器件属于西方国家严格禁运产品，我国必须形成自主可控能力。近年来，我国已投入大量科研经费用于实现宇航器件的国产化。这些器件具有明确的抗辐射加固指标，需要开展地面抗辐射性能研究与考核评估。长期以来，我国一直缺乏专用的空间单粒子效应考核的质子辐照实验装置。西安200 MeV质子应用装置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility, XiPAF)正是基于上述重大需求提出的。该装置的核心是一台最高能量为200 MeV的质子加速器，建成后可开展宇航级抗辐射电子器件的空间辐射效应及辐射探测技术等方面的研究工作。

XiPAF采用以直线加速器作为注入器的同步加速器技术路线。7 MeV的直线加速器由负氢离子源、低能束流输运线(low energy beam transport, LEBT)、射频四极加速器(radio frequency quadrupole, RFQ)、漂移管直线加速器(drift tube linac, DTL)及射频功率源组成，总长约7 m，为同步加速器提供低发射度和低能散度的注入束流。同步加速器采用六折对称的磁聚焦结构，周长约30 m，由6块二极磁铁、12块四极磁铁、4块六极磁铁、1套高频加速腔和1套注入引出系统组成。同步加速器采用慢引出模式，利用三阶共振原理，将质子束流在1～10 s内均匀引出到实验终端供用户使用。设计引出能量在60～200 MeV之间连续可调，每个周期环中存储的最大粒子数为2×1011，引出到终端的束流强度在105～108cm-2·s-1之间连续可调。实验终端采用阶梯场磁铁获得面积在100 cm2范围内均匀分布的束流，并配备样品辐照支架和束流监测系统，适宜于开展各种类型的质子辐照实验。XiPAF的主要设计指标如表1所列，加速器的布局如图1所示[1-2]。

表1 XiPAF主要设计指标Tab.1 Main design parameters of XiPAF

图1 XiPAF加速器布局的3维模型Fig.1 3D model of XiPAF accelerator

2014年，XiPAF建设正式立项，经过总体方案设计、初步设计、详细设计、分系统研制和整机安装调试5个阶段的建设，在2020年初实现了首次成功出束，又经近一年的束流调试，目前已基本达到设计指标，并开展了2轮小规模用户实验，验证了装置对外提供束流实验的技术能力。2021年，装置将正式对外开放运行。本文简要介绍该装置的基本情况和建设进展。

1 XiPAF概述

1.1 负氢离子源

XiPAF装置采用1套2.45 GHz微波驱动的体效应负氢离子源，图2为XiPAF负氢离子源结构示意图。源体分为微波馈入、初级等离子体区、磁帘、等离子体引出区和带电子吸收的引出区5个部分。

图2 XiPAF负氢离子源结构示意图Fig.2 Sketch map of XiPAF H- ion source

等离子体引出区设计有“肩”结构，电子流的吸收在引出电极内进行。另外，在磁帘区安装了栅网，用于阻断微波在离子源放电室中的传输，减少负氢离子区的电子被加热的概率，抑制该区域电子温度的增长，获得更多的低能电子。离子源为无铯结构，各区域磁场由永磁铁产生。引出系统由等离子体电极与地电极构成，利用2个电极之间的高压电场把负氢离子加速到50 keV后引出[3]。

1.2 低能束流输运线

LEBT的主要设计目标为： 1)实现RFQ入口处Twiss参数的匹配； 2)实现束流脉冲宽度可调，由于离子源引出机制的限制及LEBT负氢离子束空间电荷中和的要求，离子源引出的束流脉冲宽度为300～500 μs，大于整体加速器对束流脉冲宽度的要求，需要在LEBT中添加斩波器(chopper)，使到达RFQ入口位置的束流脉冲宽度为10～40 μs； 3)尽量减少束流发射度的增长和束流损失。

LEBT的主体设计采用了2套螺线管透镜、2套导向磁铁和1套斩波器。LEBT的束流诊断系统包括位于第一诊断室的法拉第筒、位于第二诊断室的1套双狭缝发射度仪及位于出口处的1套交流电流变压器(ACCT)。LEBT的整体物理设计长度为1.8 m，图3为LEBT元件布局图。

图3 LEBT元件布局图Fig.3 Layout of XiPAF LEBT

1.3 射频四极加速器

RFQ采用变电压设计，出口能量为3 MeV，总长度约为3 m。通过增大孔径和加速梯度，在RFQ长度尽量缩短的情况下保证了高的传输效率。聚焦强度不为常数，增大了设计的灵活性，通过调整RFQ高能端的聚焦常数，实现了RFQ和DTL之间的直接横向和纵向匹配。图4为RFQ主要设计参数随纵向位置的变化关系[4]。

图4 RFQ主要参数随纵向位置的变化Fig.4 RFQ design parameters vs. longtudinal position

1.4 漂移管直线加速器

XiPAF采用1套交叉指型H模DTL(interdigital H-mode DTL, IHDTL)，出口能量为7 MeV，设计的最高峰值电流为15 mA，总长度约为1.2 m。IHDTL采用一种修正的KONUS束流动力学设计，沿纵向分为聚束段、0°加速段和散束段。这种设计的优点有2个，一是聚束段采用较大的RF相位，可接受较大的纵向相宽；二是0°加速段后接散束段，在限制束团横向包络增长的同时，增大了IHDTL出口的相位宽度，可减小与下游散束器的距离。设计的聚束段的同步相位为-80°，加速间隙(gap)个数为3；0°加速段的入口相位为8°，能量跳变系数(同步粒子的能量与束团中心能量的比值)为0.945，gap个数为13；散束段的同步相位为10°，gap个数为5。图5为IHDTL模型结构示意图[5]。

图5 IHDTL模型示意图Fig.5 Sketch map of XiPAF IHDTL

1.5 射频功率源

XiPAF采用2套4616型四极管为RFQ和DTL分别提供射频功率。图6为射频功率源组成原理框图。射频功率源以固态推动级和末级功率放大器两级功率放大链路为核心，配置供电分系统、监控保护分系统、冷却装置及功率传输和监测单元。末级腔体放大器选用BURLE公司的4616V4型电子管及为其专配的Y1413型同轴输入输出腔，输出功率在20～500 kW之间连续可调。2套电子管共用1套阳极高压电源和监控保护系统。

图6 射频功率源系统组成原理框图Fig.6 Principle diagram of XiPAF linac RF system

1.6 同步环磁聚焦结构

XiPAF同步环的主要技术特点为：

1) 采用负氢剥离注入和横向相空间涂抹技术，可有效抑制注入阶段低能质子的空间电荷效应；

2) 采用六折对称的磁聚焦结构(lattice)，简化了磁铁元件设计，工作点调节能力强；

3) 采用磁合金加载的高频加速腔，提供了自适应的宽带调谐能力，不需要额外的调谐机构；

4) 采用三阶共振慢引出技术，可稳定、均匀的将质子束从环中引出到实验终端用于用户实验。

XiPAF同步环采用一种称为missing-dipole的聚焦结构设计，其基本单元是用1个漂移节代替了1个聚焦-漂移-散焦-漂移(FODO)单元中的1块二极铁。这个长的漂移节可用于安装注入引出元件、加速元件和束流诊断元件。图7为同步环的平面布局和Twiss参数沿全环的分布(其中β为包络函数，D为色散函数)。表2列出了同步环的主要设计参数。

(a) Lattice design of XiPAF synchrotron

表2 同步环的主要设计参数Tab.2 Main parameters of XiPAF synchrotron

1.7 同步环注入、引出系统

XiPAF同步环注入系统采用剥离注入和相空间涂抹方法，可克服刘维定理的限制，有效提高注入束流强度。注入系统包括3块Chicane磁铁、2块快脉冲的凸轨磁铁、1块注入切割铁和1套剥离膜系统。3块Chicane磁铁提供1个固定的闭合轨道凸起，2套凸轨磁铁在30 μs的下降沿上提供最大2.4 cm的轨道凸起，在凸轨下降的过程中实现注入相空间的涂抹。

XiPAF同步环引出系统为三阶共振慢引出系统，采用三整数共振和射频踢轨(RF-KO)方法将环中的束流在1～10 s内均匀的引出到实验终端供用户使用，采用1套束流反馈系统以调节引出束流的时间均匀性。引出系统包括4块六极磁铁、1套静电偏转板、2块引出切割磁铁和1套RF-KO系统。RF-KO系统采用射频信号激励环中工作点位于三整数共振线附近的束流，使包络逐渐增大，位于包络外侧的粒子将率先进入静电偏转板的引出通道。

1.8 同步环高频加速系统

XiPAF同步环高频加速系统采用磁合金材料加载的宽频带高频腔系统。由于磁合金材料的特性，系统具有很好的带宽和较高的饱和磁通特性。每个磁合金环采用1个独立的固态放大器提供射频功率输入。宽频带高频腔可提供不小于800 V的加速电压，带宽在1～7 MHz之间自适应调节。图8为磁合金腔结构示意图，表3列出了磁合金腔系统主要设计参数[6-7]。

图8 磁合金腔结构示意图Fig.8 Sketch map of XiPAF magnetic alloy loadedRF acceleration system

表3 磁合金腔的主要设计参数Tab.3 Main design parameters of magnetic alloyloaded RF acceleration system

2 XiPAF项目建设进展

XiPAF项目属于典型的大型科学装置类建设项目，技术难度大，实施周期长。该项目自2010年开始论证，2014年正式立项，2014年8月完成总体方案评审，2015年11月完成初步设计评审，2017年底完成各分系统500余台/套设备的研发。2018年6月，项目进入整机安装调试阶段，2019年12月基本完成现场设备安装，图9为XiPAF装置安装现场照片。

图9 XiPAF装置安装现场照片Fig.9 Photo of XiPAF assembly area

2.1 直线加速器调束进展

2.1.1 离子源束流调试

2014年，XiPAF的负氢离子源开始研制，完成后陆续在测试平台上开展了大量针对源体自身性能的实验和改进，最终达到的技术指标为：在束流能量50 keV，重复频率100 Hz，脉冲宽度为500 μs条件下，负氢束流的峰值电流达到了8.5 mA，归一化均方根发射度为0.25π mm·mrad。负氢离子源束流强度及发射度测试结果如图10所示。

(a) Beam current

2.1.2 LEBT束流调试

为测试LEBT出口处的发射度和RFQ的匹配程度，除在LEBT第二诊断室布置1套发射度仪外，在LEBT末端布置了1套可拆卸式的移动式双狭缝发射度仪，可在2个纵向位置上分别测量束流在2个方向上的发射度，为反推离子源出口Twiss参数和精确推算RFQ入口处的发射度提供更多的测量手段。LEBT测试实验束线布局如图11所示。

图11 LEBT测试实验束线布局Fig.11 Layout of XiPAF LEBT test beamline

在LEBT调试工作中，通过扫描螺线管和导向磁铁电流，寻找LEBT传输效率的变化规律，同时在一些特定参数下测量第二诊断室和第三诊断室发射度。经过参数扫描发现，LEBT中的整体传输效率最高约60%，略低于设计值。由于负氢离子的损失机制比较复杂，对该结果的分析目前还没有明确结论。此外，在不同参数下，经过多次发射度测量并反推离子源出口处的Twiss参数，找到了与理论模型比较吻合的一组结果，图12为第二诊断室发射度测量和模拟结果，图13为移动式发射度仪的测量结果和模拟结果。由图12和图13可见，实验中2个不同位置发射度的测量结果与模拟结果都符合较好。

由于移动式发射度仪的测量位置比RFQ入口要靠后一些，所以测得的相图是发散的，将该相图逆推回RFQ入口处，得到的相图如图14所示。由图14可见，LEBT出口处束流与RFQ的接受度基本匹配，束流的相空间存在一定的拖尾现象，理论模拟显示这是由于束流在进入第一个螺线管时散角偏大，进入螺线管透镜孔径边缘的非线性场导致的。这些束晕中的杂散粒子会对RFQ的传输效率带来一定影响。

2.1.3 RFQ束流调试

为满足RFQ调试要求，在RFQ调束前安装了一条临时测量束线，包括1套双狭缝发射度仪、1套ACCT和2套束流位置探测器(BPM)[8-10]，分别测量RFQ出口处的发射度、束流强度和能量，实验束线布局如图15所示。

图15 RFQ测试实验束线布局Fig.15 Experimental beamline layout for RFQ test

RFQ调试的目的是通过调节离子源引出高压、LEBT上2个螺线管透镜、4个导向铁的电流及RFQ馈入功率等参数，使RFQ传输效率达到最佳，并测量出口束流参数和各元件工作参数的关系，找到与DTL加速器接受度匹配的工作参数。在进行导向铁参数扫描、螺线管透镜参数扫描、RFQ馈入功率扫描和导向铁参数二次扫描之后，得到了RFQ的最高传输效率约为88%，测量得到RFQ出口的发射度与理论模拟结果相近，水平和垂直方向归一化RMS发射度分别为0.47π mm·mrad和0.40π mm·mrad ，基本满足DTL加速器的注入要求。图16为RFQ传输效率随RF馈入功率变化关系，图17为RFQ传输效率随螺线管电流的变化关系。

图16 RFQ传输效率随RF馈入功率变化关系Fig.16 RFQ transmission efficiency vs. the RF feed power

图17 RFQ传输效率随螺线管电流的变化关系Fig.17 RFQ transmission efficiency evolutionwith two solenoid currents

2.1.4 IHDTL束流调试

7 MeV IHDTL的调束可分为纵向和横向2个方面，纵向是调节IHDTL的馈入功率和相位，横向是调节入口Twiss参数和偏心。目的是通过扫描射频功率源(RF)的场强和相位，使DTL出口能量和动量分散满足能量大于7 MeV，95%粒子动量分散度好于±3%的后续注入要求。并通过扫描LEBT和RFQ的工作参数，使IHDTL的传输效率满足设计指标要求。除IHDTL外，临时安装的束测线上还包括3块四极磁铁、1套发射度仪、1套散束器、3套BPM、1套ACCT、1套分析磁铁、2套分析狭缝和1套法拉第筒，IHDTL测试实验束线布局如图18所示。

图18 IHDTL测试实验束线布局Fig.18 Layout of IHDTL beam experiment line

为寻找IHDTL的相位工作点，将入射功率按电场强度的设计值进行归一化，采用Tracewin程序模拟了IHDTL传输效率随腔体归一化入射功率和参考粒子进入IHDTL时的RF相位的变化关系，如图19所示。

图19 利用Tracewin程序模拟得到的IHDTL传输效率随腔体归一化入射功率和参考粒子进入IHDTL时的RF相位的变化关系Fig.19 Simulated IHDTL transmission efficiency along withthe RF phase and cavity power change

由图19可见，IHDTL的传输效率存在一个明显的高传输效率区域，实验中，通过寻找这个特征，可较容易找到IHDTL的工作点，即图19中的黑点。

在实验过程中，根据冷测得到的Q值可计算出腔体的功率损耗，再根据束流负载，可估算出IHDTL馈入功率的工作点在220 kW附近。在这个功率附近取几组值，进行RF相位扫描，得到IHDTL的传输效率随RF相位的变化关系。图20为馈入功率为222 kW时， 扫描RF相位得到的IHDTL传输效率。通过和理论模拟对比，可找到当前状态下IHDTL的工作点。

图20 馈入功率222 kW时，扫描RF相位得到的IHDTL传输效率Fig.20 IHDTL transmission efficiency with the RFphase at an input power of 220 kW

在找到IHDTL的工作点后，继续开展IHDTL出口束流参数的测量，束流参数包括传输效率、束团中心能量、能量分散度及束流发射度等。采用TOF方法测量得到的IHDTL出口束团的中心能量，如表4所列。

表4 利用TOF方法测量得到IHDTL出口束团的中心能量Tab.4 Beam energy measured by TOF at IHDTL exit

利用下游的双狭缝发射度仪可测量IHDTL出口的发射度。由于发射度仪安装在3块四极磁铁后，因此实验中测量了四极磁铁不加电(drift)和加电(triplet)2种情况下的发射度。图21为IHDTL出口横向发射度测量值。将测量得到的束流相空间分布逆推到IHDTL出口处，得到的束团RMS相椭圆的测量结果，测量结果与模拟结果整体上比较吻合。

2.2 同步加速器调束进展

2.2.1 束流注入调试

在同步加速器调束过程中，首先开展束流注入调试。图22为注入点处质子在环上转一圈后荧光屏的束斑。调束初期，采用2个荧光屏查看束流第一圈注入情况，然后通过调整二极磁铁和注入切割磁铁电流使直流流强探测器(DCCT)束流最大化，优化后得到DCCT上最高束流强度达到了47 mA，对应的粒子数为2.5×1011，总注入效率达到58%，在MEBT出口束流强度未达设计指标5 mA的情况下，实现了注入后粒子数大于等于2×1011的目标。

(a) At the injection point

在初步注入调试成功后，分别研究了注入束流轨道与循环束流轨道、注入点束斑尺寸与Twiss参数、凸轨涂抹曲线、注入圈数与延时及注入时环的工作点等不同参数对注入效率的影响。研究结果表明，在相同的注入条件下，与注入束流的束斑大小相比，Twiss参数匹配对注入效率影响更大；凸轨铁延时对注入束流强度的影响比较显著，注入束流从凸轨铁下降沿起始位置前约30 μs注入得到的累积束流强度最高，有效注入圈数约为20圈。实验中，分别采用指数下降曲线、线性下降曲线和2组优化的平滑下降曲线研究不同凸轨曲线形状和延时下的注入束流强度情况。结果表明，指数下降曲线的注入效率相对较高。图23为凸轨磁铁采用指数下降曲线时，不同脉冲宽度和凸轨铁延时条件下DCCT的最大电流。

(a) Injection beam current vs. pulse width of the bump

2.2.2 束流俘获调试

俘获调试的目的是调节高频频率和二极铁磁场强度，使其与束流能量相匹配，实现束流的正常聚束。俘获后束团为单束团模式，可为后续的线性光学测量和加速提供条件。

俘获优化的过程主要是调节同步环的二极铁电流和高频频率，通过快速流强变压器(FCT)、BPM信号及俘获过程的束流损失综合判断俘获效果。图24为俘获效率较高的1组实验中DCCT和FCT的测量结果。由图24可见最大俘获效率约为51%。

(a) DCCT

2.2.3 线性光学测量与校正

线性光学函数是指同步环lattice的一些参数，包括工作点、β函数、色散及色品等，在俘获完成后束流聚束成团，具备了开展上述参数测量的条件。准确测量这些参数并进行物理模型的校正是下一步开展加速调试和慢引出调试的基础。因此，在加速调试前首先开展了线性光学的测量与校正。

在测量过程中，水平工作点采用BPM逐圈数据进行FFT得到，垂直方向由于横向振荡幅度较小，工作点主要采用频谱仪进行测量。图25为1组典型加速过程中横向工作点变化的测量结果。

(a) Working point from FFT of BPM signal

色散函数和色品分别表征了偏能粒子闭合轨道和工作点的偏差，在测试时采用缓慢扫频的方式改变束流能量，根据闭轨变化和工作点变化测量色散和色品。水平方向和垂直方向的色散测量结果如表5所列，水平方向色品为0.33，垂直方向色品为-2.83。

表5 水平方向和垂直方向的色散测量结果Tab.5 The horizontal and vertical dispersionat different BPM locations

利用校正铁逐个添加1 mrad激励，记录每个BPM测量的闭轨变化量，测量了束流对于校正铁的12×12的横向闭轨响应矩阵。该矩阵包含了线性光学的各种信息，通过LOCO方法可以将测量结果和理论模型进行拟合，在匹配过程中对模型进行修正，得到与实际加速器匹配的模型及所有线性光学函数[11-12]。与原有模型给出的响应矩阵相比，修正模型的相对偏差小于5%。

β函数反映的是环上不同位置处束流的最大包络，是同步环上最重要的lattice参数之一。通过校正铁激励法和四极铁激励法，分别测量了全环的β函数。图26为修正模型给出的β函数和色散函数与实验测量结果的对比。

由图26可见，测量结果与修正后的线性光学预测的结果吻合较好，证明了模型和测量的准确性。

2.2.4 束流加速调试

束流的加速调试是指通过调节高频及磁铁的上升曲线来实现将束流加速到指定能量，加速后的束流可用于慢引出及用户实验。

刚开始进行加速调试时，加速过程中束流的损失比较严重，通过观察闭轨情况发现在加速过程中闭轨一直在变化。采用BPM测量的闭轨数据的变化量计算出频率的变化量，对频率曲线进行修正和迭代，并利用校正铁进行精细的轨道调节之后，加速效率显著提高。

此外，加速过程中的横向运动也可能导致束流损失。测量得到的加速过程中工作点的变化曲线如图27所示。

(a) The movement of working point

由图27可见，100 ms时工作点正好经过差共振线，这是之前发现的在100 ms前后束流损失较为严重和束流强度快速下降的原因。通过调整四极铁的延时和曲线，让工作点尽量避开共振线，束流得到较好的加速，加速过程中的陡降现象消失，俘获效率较高，且加速过程中DCCT曲线上几乎看不出粒子损失，加速效率最高达到了82%，加速后最大粒子数为1×1011，基本达到了设计指标。

2.2.5 束流慢引出调试

慢引出调试阶段需要对三阶共振慢引出系统进行调试，将束流引出至HEBT并使引出束流的时间结构尽可能均匀。图28为理想条件下引出粒子最后3圈的运动轨迹。

图28 理想情况下引出前不同能量的发射度最大的粒子最后3圈轨迹Fig.28 The trace of last 3 turns before extraction for particleswith different energy and maximum emittance in ideal condition

引出前，首先需要将闭轨校正到0附近，保证束流在引出前不会在其他位置丢失。引出前环上闭合轨道校正结果如图29所示。然后，通过调节四极铁增益将水平工作点调节到设计值1.678附近，偏差控制在±0.005以内。当工作点确定后，通过调节共振六极铁强度调节稳定三角形大小。

图29 引出前环上闭合轨道校正结果Fig.29 The corrected closed orbit before extraction

图30为共振六极铁强度合适时，环上DCCT电流随时间的变化关系。六极铁强度增加，DCCT电流稍有下降，说明稳定区大小是合适的。通过RFKO幅度曲线及引入幅度反馈，使引出束流波形整体较均匀[13-14]。最后扫描静电偏转器和2台引出切割铁参数，使引出束线传输效率最高。

图30 共振六极铁强度合适时环上DCCT束流强度Fig.30 DCCT beam current when the resonancesextrupole′s strength is suitable

图31为1组在60 MeV条件下开展的慢引出实验结果。由图31可见，在不同时间点上的引出效率均达到了70%左右，引出束流在时间结构上也比较均匀。

(a) DCCT intensity

2.3 用户实验开展情况

在装置研制完成后，项目组邀请中国空间技术研究院、中国科学院新疆理化所和工信部电子五所等5家单位开展了首轮国内用户实验。先后开展了28 nm SRAM，65 nm CPU，ASIC，28 nm触发器测试电路和脉宽测试电路及64 nm国产5K×5K大面阵CMOS图像传感器等50余款核心电子器件的单粒子效应和位移损伤效应实验，为这些器件的研制提供了有力支撑，同时也验证了平台对外提供实验机时的技术能力。

上述工作的完成标志着装置主体建设工作已基本完成，具备了对外开放运行条件。图32为首轮用户试验开展情况。

图32 首轮用户实验开展情况Fig.32 The first round of user experiment

3 小结

XiPAF历经近10年的论证、设计和建设，在2020年初实现了首次成功出束。经过多轮次调试，目前引出质子能量在10～200 MeV之间可调，在不同能量下环中存储粒子数均大于1×1011，每周期引出粒子数大于5×1010，基本达到了设计的指标，可满足用户实验要求。该装置填补了我国在空间质子辐射模拟实验专用装置方面的空白，也是亚洲第一台满足空间单粒子效应考核指标要求的质子实验装置。未来几年，XiPAF将逐步提高运行稳定性，增加对外开放机时，并继续开展物理调束，不断提升装置性能指标，为我国宇航器件的抗辐射加固技术研究提供重要技术支撑。