王 生，傅世年，*，屈化民，张 旌，马 力，董海义，董 岚， 金大鹏，康 玲，康 文，刘华昌，李 健，李 晓，欧阳华甫， 齐 欣，孙 虹，沈 莉，唐靖宇，王庆斌，徐韬光
(1.中国科学院 高能物理研究所，北京 100049；
2.散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803)
中子散射和X射线都是研究物质结构和动力学的强有力工具。X射线通过与原子核外的电子相互作用，而中子通过和原子核相互作用来研究物质结构和动力学。由于中子不带电、具有磁矩、穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素以及非破坏性，使得中子散射成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一，在物理、化学、生命科学、能源环境等众多学科领域中被广泛采用。要利用中子做探针开展中子散射研究，必须有一个合适的中子源。反应堆中子源中子通量高，应用广泛，曾是最好的中子源，但由于反应堆散热技术的限制，使其最大中子通量受到限制。散裂中子源的出现则突破了反应堆中子源中子通量的极限。当高能量粒子，如高能质子轰击重原子核时，一些中子被剥离，或被轰击出来，这个过程称为散裂。与裂变反应相比，散裂反应释放的能量较低，但它可以将一个原子核打成几块，这个过程中会产生中子、质子、介子、中微子等，有利于开展核物理前沿课题研究和应用研究，且次生中子还会与临近的靶核作用而产生中子，即核外级联。在1.6 GeV的散裂反应能区，一个质子在打靶后大概可以产生20～30个中子，这是散裂中子源的基本条件。20世纪80年代起，由强流质子加速器驱动的散裂中子源，逐渐进入实际应用阶段。其原理是利用高能强流质子加速器，产生800 MeV以上的高功率质子束轰击重元素靶(如钨或汞)，在靶中产生散裂反应。散裂中子源的特点是在比较小的体积内可产生比较高的脉冲中子通量，能提供的中子能谱更加宽广，大幅扩展了中子科学研究的范围。散裂中子源起步较晚，但发展很快。20世纪90年代，英国散裂中子源(ISIS)的有效中子通量超过了反应堆。之后，基于强流质子加速器的脉冲型散裂中子源得到快速发展，2000年前后，美、日相继开工建设新一代MW级脉冲型散裂中子源。设计束流功率为1.4 MW的美国散裂中子源(SNS)于2006年建成；
日本的强流质子加速器研究联合装置(J-PARC)于2009年正式运行，其能量为3 GeV的快循环同步加速器提供1 MW质子束流用于打中子靶产生短脉冲中子，同时作为高能质子同步加速器的注入器。已运行30余年的ISIS升级改造其质子加速器并建设第2靶站。位于瑞典的欧洲长脉冲散裂中子源(ESS)也于2014年动工，预计2027年建成。
我国于本世纪初提出了建设中国散裂中子源(CSNS)的建议，并于2005年列入国家“十一五”规划，2011年11月开工建设，2018年3月按工期完成工程建设。CSNS是继ISIS、SNS和日本散裂中子源之后，世界第4台脉冲型散裂中子源。考虑到投资规模和当时的用户需求，CSNS一期的质子束流功率设计指标为100 kW，但在设计中保留了升级到500 kW以上束流功率的能力。CSNS由1台80 MeV负氢直线加速器(H-Linac)、1台1.6 GeV快循环质子同步加速器(RCS)、束流传输线、1个靶站和3台谱仪及相应的配套设施等组成。CSNS加速器产生高能质子轰击重金属钨靶，通过原子的核内级联和核外级联等复杂的核反应产生高通量的中子，经慢化后用于开展中子散射研究。中子与样品作用后，通过围绕样品的谱仪收集被散射的中子，经过对散射后中子能量、动量和位置等参数进行分析，得到样品原子/分子的位置及动力学信息。本文介绍CSNS加速器的设计、关键技术、束流调试及运行情况。
为实现百纳秒级短脉冲打靶束流，散裂中子源加速器通常采用较低能量的直线加速器加快循环同步加速器组合，或全能量直线加速器加累积环组合。对束流功率为百千瓦量级的装置，前者造价更低，且易于保留功率升级空间。CSNS采用80 MeV直线加速器加1.6 GeV快循环同步加速器的方案，在一期100 kW设计方案的基础上，通过预留直线加速器能量升级空间，保留了束流功率升级到500 kW的能力。CSNS装置构成如图1所示。
加速器决定整个装置的主要性能指标，其运行稳定性决定了整个装置的运行效率。在加速器设计中，既要保证装置的先进性，也要兼顾运行的可靠性，同时要满足CSNS未来的升级需求并尽可能降低成本。表1列出了加速器的主要参数[1-2]。
直线加速器由前端加速器和漂移管直线加速器(DTL)主加速器组成。前端加速器主要包括H-离子源、低能束流输运线、射频四极加速器(RFQ)和中能束流输运线。离子源引出的50 keV H-经RFQ加速到3 MeV，经过中能传输线(MEBT)匹配到DTL主加速器，加速到80 MeV。图2为CSNS直线加速器结构示意图，表2列出了直线加速器主要参数。
图1 CSNS装置构成Fig.1 Structure of CSNS
表1 CSNS加速器主要参数Table 1 Main parameter of CSNS accelerator
图2 直线加速器结构示意图Fig.2 Schematic layout of CSNS linac
1.1 H-离子源与低能传输段
负氢离子源是加速器的起点，离子源用于产生负氢离子束，其关键是能提供高流强、低发射度的H-离子束，经直线加速器加速后，通过剥离变为质子注入到环中进行累积与加速。CSNS一期采用技术成熟的潘宁表面离子源[3]，发射度和峰值流强可满足100 kW运行的要求。低能传输段(LEBT)要将来自离子源的束流匹配引入到RFQ中，同时根据同步加速器注入时要求的束流时间结构对束流进行脉冲化切割，设计中还需考虑控制低能束的发射度增长和尽量减少束流损失[4]。根据潘宁负氢离子源狭缝引出束流的非对称特性，在LEBT中采用三螺线管的磁聚焦结构和静电斩束器的方案。三螺线管的聚焦结构可将潘宁表面负氢离子源引出的非对称性束流与RFQ所需要的对称性接收度进行匹配。
表2 直线加速器主要参数Table Main parameter of CSNS linac
图3 CSNS RCS的注入束流时间结构Fig.3 Time structure of injection beam for CSNS RCS
CSNS RCS的注入束流时间结构如图3所示。为产生这样的时间结构，一般在LEBT采用预斩束器，在MEBT采用快斩束器满足快上升沿的要求。在CSNS中，国际上首次在LEBT中通过静电斩束器实现了快斩束[5]，束流上升时间小于15 ns，达到了MEBT中快斩束器相同的水平，不仅大幅降低了成本，也使MEBT的磁聚焦结构可以更均匀，利于控制发射度增长。
为了最大限度地利用低能传输线的空间电荷中和效应，静电斩束器安装在RFQ的入口。斩束器采用非平行、不等宽的双静电板结构来减少负载电容和所需的斩束电压，从而减少斩束束流的上升/下降沿时间。为了在线测量低能束流传输线的束流传输效率及发射度，在LEBT的出入口及中间分别安装束流变压器(ACCT)和双缝扫面发射度测量仪。为了减少束流发射度的增长，在设计时需充分利用空间电荷中和效应及尽量缩短LEBT的长度。
1.2 射频四极加速器
RFQ集聚焦、聚束与加速功能为一体，是强流加速器低能段的首选，能有效控制低能强流束的发射度增长，降低束流损失，且其尺寸特别紧凑。通过RFQ聚束作用产生的束团，在其后的加速结构中的加速相位上可得到继续加速。RFQ由四翼型腔体、射频功率源系统及其低电平控制系统、真空系统、水冷系统、束流测量系统、准直支架系统等组成。CSNS RFQ[6]的长度为3.62 m，由两个物理腔构成，物理腔之间通过共振耦合单元链接；
每个物理腔则由两个工艺机械腔组成，机械腔通过法兰连接形成一个物理腔。CSNS RFQ共装有48个圆柱型调谐器，调谐器均匀分布在RFQ的4个象限，实现RFQ的调谐、调场。RFQ工作四极模与相邻四极模之间的频率间隔，模拟结果大于3 MHz，实测结果小于模拟值，大于2 MHz，无需使用二极模稳定杆也能保证工作四极模与相邻二极模之间的频率间隔。
RFQ初始的RF电场分布相对偏差在+20%～-15%之间，远不能满足RFQ对RF电场分布平整度好于±3%的要求。利用RFQ专用调谐、调场软件，经过调谐和调场，RFQ RF电场分布的平整度已从初始很大偏差收敛到约为±2.5%的水平，满足RFQ动力学对RF电场平整度的要求。
1.3 中能束流传输线
MEBT用于将来自RFQ的束流匹配引入到DTL中，并控制束流发射度的增长。由于在LEBT中实现了快斩束，在MEBT中未设计斩束器，使得MEBT的结构紧凑、聚束更均匀。MEBT的长度为3.065 m，包括10块四极铁(其中6块装有导向线圈具有导向功能ST)、2个聚束腔(Buncher)以及若干用于束流测量的束测元件，其包括6个位置测量(BPM)、1个发射度测量(EM)、2个流强测量(CT)、5个能量测量(FCT)、4个束流剖面多丝(PR)。MEBT元件布局如图4所示，其中Q为四极磁铁，GV为门谷，DR为漂移空间。采用TRACEWIN多粒子模拟程序对15 mA束流在MEBT传输过程进行了模拟，结果显示束流RMS发射度在x、y、z3个方向的增长分别为10%、5%和20%。
1.4 漂移管直线加速器
DTL[7-8]将3 MeV H-离子加速至快循环同步加速器的注入能量(80 MeV)。DTL的加速结构设计包括加速单元设计和腔体分段设计。在加速单元的设计中，主要目标是高分路阻抗Z、大渡越时间因子T以及低击穿表面电场。图5为有效分路阻抗(ZTT)和Kilpatrick系数随粒子速度的变化。
图4 MEBT元件布局Fig.4 Layout of MEBT
图5 有效分路阻抗(a)和Kilpatrick系数(b)随粒子速度的变化Fig.5 Shunt impedance (a) and Kilpatrick coefficient (b) vs particle velocity
为了获得大的有效分路阻抗，在低能区不同腔段设计了不同的腔体及漂移管的几何尺寸。在加速单元设计的基础上，采用PARMILA程序设计了这台DTL，各腔的主要设计参数列于表3。设计中采用30 mA流强和80% SUPERFISH程序计算的分路阻抗计算功率损耗，以计入实际腔更大的腔耗。每腔的功耗基本相同，分别由1台2.5 MW的速调管提供射频功率。为了使加速场保持稳定性，受各种机械误差和束流负载的影响小，各腔中安装耦合杆稳定器。由于第1腔单元间隔较小，适宜每间隔1个单元安装1对交错相对的耦合器，其他腔中可在每个单元上安装交错相对的耦合器。在第1腔中，耦合器同时还起到调谐场的作用。
DTL的粒子束流动力学设计既可采用FDFD磁聚焦结构，也可采用FFDD聚焦结构。在CSNS一期调试运行中，采用了FFDD磁聚焦结构。采用TRACE3-D程序对DTL的磁聚焦结构进行了注入束流的匹配，PARMILA程序模拟给出的束流在DTL中传输的模拟结果表明，束流很好地与光学结构相匹配，横向与纵向发射度增长很小。图6为漂移管半径与束流在加速器中的均方根rrms和最大包络rmax，可看出，由于足够的横向聚焦，束流的包络很小，漂移管半径是束流均方根半径的4.3～9.3倍，是束流全部粒子包络的2.4～4.5倍。
表3 DTL各腔的主要参数Table 3 Main parameter of DTL cavity
图6 漂移管半径与束流在加速器中的 均方根和最大包络Fig.6 Radius of drift tube, RMS and maximum beam size
1.5 快循环质子同步加速器
RCS将经过直线加速器加速的80 MeV H-离子束流通过剥离注入进行积累并加速到1.6 GeV[9-11]，然后引出打靶。强流同步加速器一般采用超周期的对称结构，以减小低阶结构共振的影响。超周期数越多，结构共振的影响越弱。考虑到实际磁聚焦结构中对消色散长直线节的需求，强流RCS一般采用3或4个周期的超周期结构。CSNS RCS采用了4折对称的超周期结构设计。图7为RCS环的磁铁布局和1个超周期的Lattice参数。
CSNS RCS磁聚焦结构方案具有以下特点：1) 四折对称结构，使各区功能相对独立，束流准直系统可单独安排在1个独立直线节；
2) 在弧区中间的两块二极磁铁中间保留较长的直线节，该处水平色散函数Dx大而水平包络函数βx小，较好地满足了动量准直设计要求；
3) 在每个超周期的消色散区域，形成1长2短的直线节结构，满足了对直线节的不同需求，同时使Lattice具有很高的消色散直线节/周长比；
4) 不穿越临界能量；
5) 大的动量接受度；
6) 有大的工作点选取范围，可避免工作点穿越或靠近低阶结构共振线；
7) 采用Triplet结构，有效降低了二极磁铁气隙高度，利于降低磁铁及电源系统造价。
图7 CSNS RCS环的磁铁布局(a)和1个超周期的Lattice参数(b)Fig.7 Magnet layout of CSNS RCS (a) and Lattice parameter of super-period (b)
环周长为227.92 m，4个超周期中，每个超周期结构又关于弧区中心点镜像对称。每个超周期包括4组Triplet聚焦结构，全环共16组。弧区中间的两块二极磁铁之间为动量准直留有3.5 m直线节，但动量准直只占用4个超周期中的1个，其余3个直线节可用于放置较长的束测元件，也可根据需要在束流功率升级时放置谐波数为4的双谐波腔。弧区两侧单元的二极磁铁与相邻的直线段Triplet单元形成两个较短的、每段3.8 m长的消色散直线节，直线段两个Triplet之间形成长11 m的消色散长直线节。注入及引出分别占用1个11 m长的直线节，横向准直系统占用1个11 m长的直线节和1个3.8 m长的直线节，其他直线节用于放置高频腔，包括为功率升级需要的谐波数为4的双谐波腔的预留空间，部分有特殊要求或较长的束测元件也将放置在这些消色散的直线节中。
全环48块四极磁铁共分为5族，采用5套独立电源供电。RCS上还设计安装有校正二极磁铁、校正四极磁铁、用于色品校正的六极磁铁以及各类束流测量设备、注入引出设备、高频设备及束流准直设备等。表4列出了RCS环的主要参数。
表4 RCS环的主要参数Table 4 Main parameter of RCS ring
CSNS采用H-剥离双向涂抹注入，单圈快引出。H-剥离方法避开了Liouville定理的限制，可以不因多圈注入而增加束流发射度。对于重复频率很高的高功率强流质子同步加速器或累积环，H-剥离是目前最为可行的注入方式，也被世界上其他同类加速器普遍采用。同时，通过在一定的环接收度范围内对注入束流进行相空间涂抹，可减小横向电荷密度，并得到合适的束流分布。相空间涂抹注入对于减小环中的空间电荷效应影响，增加累积流强及减小束流损失是非常重要的环节。
RCS每个脉冲中要累积高强度质子束流，注入系统尤其是发射度涂抹方案的设计十分关键。涂抹方法可以通过快速移动循环束流凸轨的方式来实现，也可以通过在注入输运线上进行注入点扫描来实现。前者一般采用4块凸轨磁铁进行一个方向的相空间涂抹；
后者一般需要2台扫描磁铁，虽不占用环中的空间但易受注入条件的影响，且质子穿越剥离膜的次数较多。RCS注入系统的设计在水平和垂直两个方向上均采用移动凸轨的涂抹方案。
环的磁聚焦结构在每个超周期中提供了1个长为11 m的直线节，这样的直线节对注入系统的设计非常有利。利用其中的1个直线节可完成注入系统磁铁的布局，如图8所示，其中，BH为水平涂抹磁铁，BV为垂直涂抹磁铁，BC为固定凸轨磁铁，ISEP为切割磁铁，Str为碳玻璃膜。两对水平凸轨磁铁和两对垂直凸轨磁铁用于进行涂抹注入，而中间的两对水平偏转磁铁则在注入阶段提供附加的固定凸轨量。对固定量凸轨磁铁，理想的情况是在注入结束后迅速下降到零，以减少剥离膜的质子穿越次数和尽量保持环的对称性，但由于磁场快速下降过程中的涡流效应，要求必须采用陶瓷真空盒，而这部分真空盒结构复杂，因此，在CSNS RCS设计中采用了DC型的固定凸轨磁铁。DC型固定凸轨磁铁带来的注入完成后的剥离膜穿越次数问题，可通过在水平涂抹凸轨磁铁上增加1个偏置量来解决。固定凸轨轨道高度会随着束流能量的提高而降低，对Lattice对称性的扰动可以接受。在一个长直线节内容纳所有的注入元件，使得注入系统的设计几乎不受环磁聚焦结构的影响。
图8 注入系统元件布局Fig.8 Injection elements layout
束流加速到1.6 GeV后引出打靶，CSNS RCS采用单圈快引出的方法，在每一个加速周期结束后，一次性引出环中能量为1.6 GeV的两个束团。CSNS RCS的引出系统采用了8块垂直偏转冲击磁铁加1块水平Lambertson型切割磁铁的设计，元件布局如图9所示。为了保证束流无损引出，冲击磁铁的脉冲梯形磁场顶宽保持550 ns 以上，上升时间须快于265 ns。因为磁场的上升时间很短，束流孔径要求又比较大，所以不能采用金属真空盒或镀膜陶瓷真空盒作为束流管道，而是将磁铁整体放入大的真空箱内。为保证上升时间要求，冲击磁铁选择镍锌铁氧体块(Ni-Zn ferrite blocks)制作磁铁铁芯。脉冲磁铁峰值磁场为550 Gs，对应的峰值电流要求达到6 kA。
图9 引出系统元件布局Fig.9 Extraction elements layout
CSNS加速器是国内第1台中高能强流质子加速器，从2006年开始，开展了大量的关键技术预研[12-20]，包括：直线加速器H-离子源是国内首次研发；
首次提出并在LEBT实现快斩束；
首次在DTL腔筒上采用电镀技术替代国内尚不成熟的电铸技术；
首次研制成功400 Hz交流串联谐振式脉冲高压电源等。快循环加速器的磁铁和电源需工作在25 Hz谐振工作状态，图10为1个循环周期的磁场变化过程。快速变化的磁场对磁铁、电源、真空盒、加载高频腔等都提出了全新的技术要求。
图10 RCS 1个磁场循环周期Fig.10 One magnetic field cycle of RCS
经过5年多的预研，解决了RCS关键的技术难题，包括：解决了25 Hz谐振工作状态下的铁芯散片和线圈开裂问题，研制成功谐振二极磁铁和四极磁铁；
国内首次研制成功怀特谐振电源，提出了谐波补偿的新方法，使动态磁场的控制精度达到国际领先水平；
研制成功等静压成型的具有高强度、强抗辐射能力和良好真空性能的氧化铝陶瓷真空盒；
研制成功高梯度铁氧体加载高频腔系统；
研制成功快引出冲击磁铁及电源等。
CSNS的束流调试工作于2017年正式开始，首先调试DTL的1～3物理腔，并于2017年4月，束流成功加速至61 MeV。2018年1月，DTL成功实现80 MeV/15 mA束流出束。通过对MEBT束流进行纵向与横向匹配，有效抑制了DTL中束晕产生和束流损失，DTL的传输率提高到99.5%以上。CSNS RCS调束于2017年5月开始。首先以61 MeV注入能量进行RCS调束研究，并于2017年7月7日成功将束流加速至1.6 GeV。2018年1月18日RCS在80 MeV注入能量下实现累积并加速到1.6 GeV。2018年8月通过国家验收，并于9月份正式开放运行。在开放运行中，经过几次调试优化，束流功率于2020年2月达到指标100 kW，并于2022年2月进一步提高到125 kW。
直线加速器分两段安装和调试。首先开展了MEBT和DTL-1的调束，于2016年1月，18 mA的H-离子束流到达临时废束站，束流通过率约100%。调束使用的束流脉宽为100 μs，重复频率为1 Hz。随后，开展了高功率实验，使用的束流脉宽为500 μs，切束率为50%，由于临时废束站的功率限制，使用的重复频率为5 Hz。2016年11月，DTL第2物理腔调束成功。2017年4月，DTL第3物理腔调束成功。2018年1月，DTL第4物理腔调束成功。通过飞行时间法测得DTL出口能量为80.34 MeV，与设计值80.09 MeV相对偏差小于<0.5%。同时通过优化横向匹配实现了直线加速器100%通过率。图11为DTL各腔的相位扫描结果，其中实线为测量结果，点线为模拟结果。可看出，模拟和测量结果吻合较好，相位精度较高。
快循环同步加速器调束是加速器达到设计指标的关键[21-23]，束流调试分为不加速的直流模式调试和加速到1.6 GeV的交流模式调试。在直流调束模式下，用响应矩阵测量了四极磁铁的实际磁场梯度，其与设定的理论值的比值定义为四极磁铁的误差因子。测量结果表明，四极磁铁误差因子最大值仅为0.62%，实测工作点和名义工作点的差异小于0.003。表5列出了5族四极磁铁的实测磁铁参数和在线模型相比较的误差因子。在直流模式下标定了定时，测量并校正了光学参数，开展了注入涂抹磁铁的标定和注入轨道匹配。
a——DTL 1腔；
b——DTL 2腔；
c——DTL 3腔；
d——DTL 4腔图11 DTL 1～4腔的相位扫描结果Fig.11 Phase scan of DTL cavity 1-4
表5 通过束流测量得到的5族四极磁铁的误差因子Table 5 Fudge factor for five families of quadrupole
图12 DCCT测量的流强曲线Fig.12 Current curve measured by using DCCT
在交流模式调试中，由于磁饱和、涡流效应等因素引起的加速过程中二极磁铁与四极磁铁间磁场偏离给定正弦曲线而引起额外的动态磁场跟踪误差。通过谐波补偿，CSNS RCS四极磁铁与二极磁铁间磁场跟踪误差从2.5%减小到0.1%以内。RCS交流模式调束在低流强下完成了线性参数测量与校正，即轨道校正、磁铁与高频频率曲线匹配、工作点校正等。通过前期精确的模型设置和校正，在低流强下的束流调试进展顺利，只用了2 d时间，即实现了1.6 GeV设计能量的加速，束流通过率100%，图12为1.6 GeV束流第1次100%通过时DCCT测量的流强I曲线。
在RCS高功率调束中，限制束流功率提高最重要的因素是空间电荷效应、束流不稳定性等集体效应引起的束流损失。在束流功率增加到50 kW以上时，出现空间电荷引起的较大的发射度增长和束流损失，同时发现了束团的相干振荡现象。这是限制束流功率进一步提高的主要问题。为解决这两个问题，主要采取了以下方法：1) 优化工作点；
2) 利用垂直涂抹磁铁的上升沿，在反相关涂抹框架下实现了相关涂抹；
3) 优化聚束因子；
4) 优化色品校正。工作点对空间电荷效应引起的发射度增长和相干振荡都有重要的影响，在调束过程中通过注入和引出点不同的工作点设置，间接控制1个循环周期中的中间工作点变化，如图13所示。注入阶段工作点设置为(4.81，4.87)以减小空间电荷效应引起的束流损失，加速过程中逐步将工作点降至(4.77，4.77)以抑制不稳定性。结合色品校正，较好地抑制了高功率下的集体不稳定性。
图13 兼顾空间电荷效应 和集体不稳定性的工作点调控Fig.13 Tune manipulation taking into account space charge effect and collective instability
在反相关涂抹方式下，经历几轮优化后，发射度增长引起的束流损失难以得到很好的控制，根据实际参数进行的模拟研究显示，相关涂抹可更好地抑制发射度增长。在反相关涂抹设计的框架下，提出了利用垂直涂抹磁场的上升沿实现反相关涂抹，如图14所示，并在调束中实现。通过相关涂抹优化，发射度增长引起的束流损失得到明显抑制，结合聚束因子的优化，顺利实现了100 kW束流功率的设计指标，并通过进一步优化总体参数，使束流功率提高到125 kW。
自2018年9月份CSNS正式开放运行，每年均安排一定时间进行束流调试，不断提升束流功率，并根据运行情况不断对硬件系统进行改进。束流功率、开放机时和运行效率不断提高，在2021—2022运行年度，束流功率达到125 kW，用户运行时间超过5 200 h，运行效率超过97%。用户运行时间和运行效率均达到世界上同类装置的最好水平。图15为CSNS加速器束流功率的历史曲线。
a——相关涂抹对应的电流曲线；
b——垂直方向利用涂抹磁铁磁场上升沿实现相关涂抹对应的电流曲线图14 利用反相关涂抹实现的相关涂抹Fig.14 Realization of anti-correlated painting based on correlated painting scheme
图15 CSNS加速器束流功率的历史曲线Fig.15 Historical beam power evolution
CSNS强流质子加速器是我国第一台中高能强流质子加速器，工程于2011年9月正式开工建设，于2018年3月通过测试，达到验收指标，按预定工期成功完成了工程建设。在2018年9月装置正式开放运行后，在运行中间按计划安排调束，束流功率不断提升，2020年2月份，比计划时间提前一年半达到设计束流功率100 kW，束流达到设计指标调试时间远少于国外同类装置。束流功率在2022年2月份达到了125 kW，并稳定运行。
作为用户装置，CSNS正式开放运行后，运行稳定可靠，供束时间和加速器供束效率不断提高，长期保持在94%以上。在2021—2022运行年度，用户运行时间超过5 200 h，运行效率超过97%，用户运行时间和运行效率均达到世界上同类装置的最高水平，为高水平的科研产出提供了重要保障。
CSNS二期工程项目已列入国家“十四五”计划，将把打靶束流功率提升5倍至500 kW。由于RCS环能量固定、重复频率固定，功率的提升完全源自于流强的提升。为避免空间电荷效应引起的束流损失，需要采用超导腔将直线加速器的能量提升到300 MeV，并同时在环中增加磁合金加载的二次谐波腔。目前，加速器升级的设计方案和关键技术的预制研究已基本完成。
CSNS从提出建议到成功建设历时近20年，几代科研人员，近200名研究人员与技术人员全程或分时段参与了加速器方案设计、预制研究、加速器建造与调试运行，对CSNS的成功建设做出了卓越的贡献，在此向所有参建人员和关心帮助CSNS工程建设的人员表达衷心的感谢。
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