第427章 新问题的出现

　　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SSSteady-state crobunching，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。”

　　“SS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。”

　　“SS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193n13.5n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S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SRF cavity的加工精度。

　　第二座山，电子束流的“发射度Ettance”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：50 \/c。”

　　“温度：30度。”

　　“流速：5 /s。”

　　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SS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。

　　“汉斯，西门子的I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。

　　SS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271.15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。

　　4.2K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。”

　　3.5K……3.0K……

　　突然，曲线停住了。

　　“卡在2.8K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。

　　2.8K……2.5K……2.1K……1.9K！

　　“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SS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photon Factory。”

　　“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。

　　AS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。
　　http://www.abcsee.cc/37117/427.html

　　请记住本书首发域名：http://www.abcsee.cc。ABC小说网手机版阅读网址：http://m.abcsee.cc