我国首台套商品化国产串列加速器研制成功，可用于半导体注入

近日，中国原子能科学研究院为哈尔滨工程大学研制的串列加速器系统通过验收。这是国内首台套商品化串列加速器，标志着我国在串列加速器高端仪器设备制造领域取得重大突破，实现串列加速器的完全自主可控。

串列加速器是核科学研究的关键设备，可用于核物理、单粒子效应、材料科学等前沿基础研究，同时可助力半导体高能离子注入、生物医学应用研究等产业发展，促进相关产业技术升级。长期以来，国际上仅有两家公司具备商品化产品生产能力。

据介绍，哈尔滨工程大学串列离子加速器装置由“三海一核”交叉学科建设项目支持，委托中国原子能科学研究院研制，完成了国内首台套2×1.7MV串列加速器和2×3MV串列加速器研制，具有完全的自主知识产权。两台加速器额定端电压分别为1.7MV和3.0MV，集成了H、He和铯溅射负离子源，能够提供从H、He到Au的几乎所有离子（惰性气体除外）。

装置具备“一机多用”，“两机合用”能力，以双束注入和辐照腐蚀靶室为特色，具备“双束辐照+高温+腐蚀”多物理场耦合作用下材料辐照特性研究的能力，同时配备核分析靶室，可开展（沟道）卢瑟福背散射和质子激发X荧光分析。

经过三年的技术攻关，两套加速器系统已于2024年底圆满完成首次出束试验。目前，该系统各项性能指标均已达到设计要求，即将正式投入运行。该加速器系统的建成投运，将为我国核材料基础研究、辐射效应评估等前沿领域提供高质量高稳定性的束流服务，有力支撑相关领域的创新突破和高质量发展。

该装置关键参数如下：

• 2X1.7MV加速器端电压：0.15~1.7MV，端电压稳定度：0.5‰

• 2X3.0MV加速器端电压：0.5~3.0MV，端电压稳定度：0.5‰

• 典型离子束流强：

🔹H离子：20eμA

🔹He离子：1eμA

🔹C离子：10eμA

🔹Fe离子：4eμA

🔹Cu离子：5eμA

🔹Ni离子：5eμA

🔹Au离子：3eμA

• 高温注入温度：室温~800℃

• 束斑尺寸：1mm~2cm

• 核分析功能：

🔹卢瑟福背散射分析

🔹沟道卢瑟福背散射分析

🔹质子激发X荧光分析

现阶段该串列加速器系统主要面向以下应用领域包括反应堆材料辐照效应研究、电子器件辐射效应评估、离子束分析技术应用和开发、半导体注入工艺研究、辐射计量标准研究。

其中，离子注入是对半导体进行掺杂的一种方法，将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中(称为“靶”)而实现掺杂。离子束是一种带电原子或带电分子的束状流，能被电场或磁场偏转，能在电场中被加速而获得很高的动能，其用途是掺杂、曝光、刻蚀、镀膜、退火、净化、改性、打孔、切割等。加速器是离子注入系统的组成部分，其为高压静电场，用来对离子束加速，该加速能量是决定离子注入深度的一个重要参量。

此外，在芯片制造领域，由于芯片怕辐射、怕高温，一颗小尘埃都可能让它“宕机”，而加速器能模拟太空辐射、高温环境，从而设计出更抗造的芯片。

值得注意的是，哈尔滨工程大学还发布了10MV直线电子加速器，该装置为“一机两用”型加速器，可实现“电子束辐照”和“工业CT”运行方式自由切换，提供束下辐照和偏转打靶形成X射线成像两种模式，束流功率5kW。采用栅控电子枪发射电子束，行波加速管加速电子束，偏转磁铁调整电子束发射方向，通过输入微波功率或者束流负载微调实现行波加速管的多能量输出。

辐照束下输送装置主要用于承载、输送被照物进入辐照室，可实现批量货物连续的静态和动态辐照。目前该加速器装置已正式投入运行。