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第427章 新问题的出现（第1页）

京城，西郊，ihep高能物理研究所。这里的地下，运行着中国第一台正负电子对撞机bepc。在一间堆满了图纸和磁带的档案室里，林远见到了丁院士。他是中国加速器物理的泰斗，也是ssbsteady-stateicrobunchg，稳态微聚束理论的坚定支持者。“林远，你想造工厂里的光源？”丁院士看着林远的方案，摘下眼镜，擦了擦。“是的。kbbf晶体产能太低，一年长不出几块。我需要一种能无限量产、波长可调、功率巨大的深紫外光源。”“ssb是唯一的路。”丁院士指着墙上的原理图。“传统的同步辐射光源，电子是随机分布的，发出的光是非相干的，功率低。而自由电子激光fel，电子是一次性通过，光强但不可持续。”“ssb结合了两者。它利用激光对电子束进行调制，把连续的电子流，切成一个个微小的电子束团。”“这些束团的长度，正好是光波长193n或135n的整数倍。”“当它们通过磁场时，所有电子同相位辐射，光强是传统光源的一亿倍！”“理论很完美。”丁院士叹了口气，“但工程是地狱。”“清华大学和我们在德国的ls储存环上做过验证实验，证明了原理。但要变成工业设备，有三座大山。”第一座山，超导高频腔srfcavity的加工精度。第二座山，电子束流的“发射度eittance”保持。第三座山，低温系统的工业化集成。“只要有一座翻不过去，这就是个只会烧钱的铁疙瘩。”江州，特种装备制造车间。林远没有被吓退。他把丁院士团队请到了江州，并调集了江钢最顶尖的焊接工人和机械师。摆在他们面前的，是制造加速器的核心心脏超导高频腔。它由高纯铌制成，形状像一串糖葫芦。电子在里面被微波电场加速，获得能量。“铌材纯度要求：rrr剩余电阻率比＞300。”王海冰拿着检测报告，“我们从宁夏东方钽业搞到了材料，纯度没问题。”“问题是焊接。”“超导腔由两个半杯形状的铌板冲压而成，然后对焊。”“焊缝必须平整到微米级。任何微小的焊瘤、气孔，在低温超导状态下，都会成为发热点，导致超导失超，整个系统瞬间瘫痪。”“我们试了电子束焊接ebw。”王海冰指着废品区的一堆银色金属，“焊缝内表面总是有微小的凸起。”“用机械打磨？”林远问。“不行。铌太软，机械打磨会嵌入杂质。”“那就用电化学抛光。”丁院士给出了方案。“氢氟酸+硫酸，比例1:9。通电，让铌表面原子溶解。”“但是，这对流场控制要求极高。如果酸液流动不均匀，表面就会出现橘皮。”一套全封闭的自动ep抛光机被搭建起来。剧毒的混酸在管道中循环。“电流密度：50a2。”“温度：30度。”“流速：5s。”第一次尝试。失败。表面粗糙度ra=200n。不合格要求＜100n。“原因找到了。”汪韬分析了流体模型，“腔体是曲面，阴极棒是直的。导致各处电场分布不均。”“我们需要仿形阴极。”“设计一个形状和腔体完全匹配的阴极棒！而且要能旋转！”一周后。改进后的阴极投入使用。抛光结束。内表面光亮如镜。ra=50n。“合格了！”腔体造好了，接下来是往里面注入电子。这需要一个光阴极电子枪。用激光轰击光阴极材料如砷化镓，打出电子。“林董，出问题了。”李振声教授看着示波器上的波形，眉头紧锁。“电子束的发射度太大了。”“什么意思？”“简单说，就是电子队伍散了。”“电子带负电。当一团高密度的电子被打出来时，它们之间有巨大的库仑斥力。”“这会导致电子团在飞行过程中迅速膨胀、发散。”“如果电子团散了，就无法在ssb环里形成微聚束，也就发不出相干光。”“我们需要把它们压回去。”“怎么压？”“用磁场。”李振声在白板上画了一个复杂的磁路图。“螺线管透镜。”“在电子枪出口，加一个强磁场，把发散的电子束聚焦。”“但是，这里有一个矛盾。”“要聚焦，磁场就要强。磁场强了，又会引入像差。”“这就像相机的镜头，光圈大了，边缘就会模糊。”“我们需要一个完美的磁场分布。”解决方案：林远看向了汉斯。小主，这个章节后面还有哦，，后面更精彩！“汉斯，西门子的ri核磁共振技术是全球最好的。你们的磁体设计软件，能不能借我用用？”“这个……”汉斯有些犹豫，“那是医疗部门的核心机密。”“我拿启明的ai医疗影像算法跟你换。”林远抛出筹码。“成交。”利用西门子的磁场仿真软件，配合“盘古”的优化算法，团队设计出了一种“非均匀绕组”的螺线管。它产生的磁场，完美抵消了空间电荷效应，又没有引入额外的像差。电子束，被驯服了。核心部件都搞定了。现在要组装。ssb光源需要超导磁体和超导腔，这意味着，整个系统必须运行在2k零下27115度的极低温环境下。通常，这需要液氦。“林董，这是个无底洞。”刘华美拿着财务报表，手在抖。“液氦的价格已经炒到了每升300元。而且，中国极其缺乏氦气资源，95依赖进口主要是美国和卡塔尔。”“如果我们用传统的浸泡式冷却，这台机器每天要烧掉几吨液氦。”“而且，一旦美国断供氦气，我们的光源就废了。”“必须戒掉液氦。”林远看着那庞大的低温恒温器。“能不能用干式制冷？”“那是给小设备用的。”丁院士摇头，“对于这种几吨重的大科学装置，干式制冷机的功率不够。”“那就多级级联。”林远提出了一个疯狂的方案。“我们不用液氦泡着。”“我们用传导冷却。”“一级预冷：用液氮便宜，到处都有把温度降到77k。”“二级制冷：用国产的g制冷机，降到10k。”“三级核心：用脉冲管制冷机，降到4k。”“四级极寒：针对超导腔的关键部位，用稀缺的氦-3氦-4稀释制冷机，做局部冷却，降到2k。”“我们把面冷却，改成点冷却。”“我们要设计一套极其复杂的高导热汇流排，用高纯铝和蓝宝石，把冷量精准地输送到每一个发热点。”这需要极其精密的热设计。如果热阻稍微大一点，超导磁体就会失超，引发链式反应，炸毁设备。江州，地下实验室。巨大的真空罐被封闭。制冷机组启动。“一级预冷完成，温度77k。”“二级制冷启动……温度20k……10k。”“三级制冷启动……”时间一分一秒过去。屏幕上的温度曲线，像蜗牛一样缓慢下降。42k液氦温度。“到了！”王海冰兴奋地喊道。“继续降！我们要2k超流氦温区！”丁院士盯着仪表，“只有在2k，铌腔的品质因子q值才能达到10的10次方，损耗才能最小。”35k……30k……突然，曲线停住了。“卡在28k了。”操作员汇报，“四级制冷机的功率到顶了。”“热负载比预想的大。”丁院士皱眉，“哪里漏热了？”“查！”经过排查，发现是信号线。为了传输控制信号，几百根同轴电缆从室温环境穿入低温区。这些铜线，就像一根根导热管，把外面的热量源源不断地导了进来。“拔掉铜线！”林远下令。“那怎么控制？”“用光纤。”“光纤主要成分是石英，导热率极低。”“把所有的电信号，在入口处转成光信号。在低温区内，再转回电信号或者直接用光控器件。”“全光互连！”这是一个巨大的工程量。需要更换所有的接口电路。但团队没有怨言。三天后，改造完成。再次降温。28k……25k……21k……19k！“成功了！”系统进入了超导态。所有的子系统就位。电子枪发射-＞直线加速器加速-＞注入环形轨道-＞激光调制-＞辐射发光。“点火。”随着林远按下按钮。屏幕上的光谱仪，瞬间跳起了一个尖锐的峰值。波长：193n深紫外。功率：100w瓦。“100瓦？！”温彼得通过视频连线惊得从椅子上跳了起来。传统的duv光刻机光源，功率只有40w-60w。euv光源，拼了老命才做到250w。而林远这台“原型机”，第一次开机就干到了100w。而且，这是连续波cw，不是脉冲波。稳定性极高。“这就是ssb的威力。”丁院士摘下眼镜，擦了擦眼角的泪水，“这是中国的第一束工业级粒子光。”林远看着那道看不见的紫外光束在屏幕上显示为紫色光斑。他知道，光刻机的光源问题，彻底解决了。不需要kbbf晶体了。不需要受制于人了。，！他用一个缩小版的“粒子加速器”，造出了世界上最强的深紫外灯泡。虽然光源造出来了，但这个“灯泡”有点太大了。整套系统占地200平方米。目前的半导体工厂fab，寸土寸金。要把这么个大家伙塞进光刻车间，需要对厂房进行伤筋动骨的改造。而且，还有一个致命的问题辐射。电子加速会产生高能辐射x射线、伽马射线。“我们需要给它穿上一层铅衣。”王海冰计算着，“至少需要500吨的铅和混凝土屏蔽层。”“这会压垮厂房的地基。”林远看着那个庞然大物。“既然厂房装不下……”“那我们就光电分离。”“把光源建在厂房外面，建在地下。”“然后，通过光束传输线把光引到光刻机里去！”“就像自来水一样。”“我们要建一座光子工厂photonfactory。”“一座光源，可以同时给十台、二十台光刻机供光！”这又是一个颠覆性的概念。asl的光刻机，是一机一源。林远要搞“一源多机”。这将彻底改变半导体工厂的形态。但是，要传输193n的深紫外光，普通的镜子不行，光纤也不行。空气都会吸收它。需要“超高真空管道”和“多层膜反射镜”。而这，又将触碰到另一个材料学的禁区。林远刚放下的心，又悬了起来。：（）官道红颜：她们助我一路升迁