大科学工程项目的两个重要作用是支撑探索科学前沿问题和促进科技发展和成果转化。质子束不仅是了解物质基本结构、探索自然界基本规律的重要工具，而且在国计民生的诸多领域中得到了越来越广泛的应用。质子束的应用是国际研究的重要前沿问题之一。近二十年来，国际和国内建立一批质子束应用与研究的大科学工程装置，例如：美国散裂中子源、中国洁净核能源、中国散裂中子源、韩国的多功能质子束应用研发平台（KOMAC）、日本的J-PAC、印度的洁净核能源项目、质子治疗癌症等。这些装置，除了KOMAC是直接用质子束进行研究外，其它的装置是为了产生中子或发展洁净核能源技术。

南京质子源的主要组成部分是强流质子超导直线加速器、束线与用户终端，缪子产生与带电轻子味道转化探测器等。我们在设计的时候，除了使其性能能够满足要求外，也在技术上追求国际前沿。

2.3.1强流质子超导直线加速器

强流质子超导加速器是目前国际研究的前沿技术。因为其应用与国家能源战略、核材料制备技术、自由电子激光等核心设备关系紧密，一直是国外对我国的封锁技术。目前，质子加速器的一般发展方向是向着高能和强流进行。

表2.4列出了南京质子源的质子加速器主要参数。图2.18标注了南京质子源在目前运行的国际加速器中的位置。从图2.18我们看到，在目前国际上已经运行的质子加速器中，南京质子源的束流功率最高、束流流强最大。其加速器多项技术为国际领先。

图2.18南京质子源在国际质子加速器中的位置

2.3.2多功能束流应用平台

目前，全球唯一一台大型质子束多功能公共服务应用平台是韩国多功能加速器应用平台（KOMAC）。KOMAC是由一台强流质子直线加速器产生20MeV和100MeV、脉冲峰值流强为20 mA、平均流强为1.6mA的质子束，质子束被送到10个束流应用终端，供基础科学、核科学与技术、航天航空、工业、材料、生物医疗、核材料、国防设备等领域的用户进行科学研究和技术开发。表2.8和表2.9列出了KOMAC各个应用平台的功能。

表2.8  KOMAC 20 MeV 束线终端用户

表2.9  KOMAC 100 MeV 束线终端用户

KOMAC从2013年开始投入运行，目前已经为韩国工业界的三星公司、现代公司、浦项制铁等高科技公司在高科技产品研发方面做出了重要贡献，同时也为韩国材料科学、空间科学、生命科学、半导体器件、同位素生产等领域的发展提供了强有力的支撑，使韩国在这些领域的研发水平有了显著提升，而且这种趋势越来越强。目前，很多国家也正在朝这方面努力。

南京质子源的设计综合了目前世界最先进的质子源超导加速器技术和韩国KOMAC束流应用技术。南京质子源的流强是KOMAC的3倍多、能量是KOMAC的10倍，整体技术参数为世界领先。KOMAC现在有10个实验平台，而南京质子源一期将有36+1个实验平台，因此南京质子源的束流用户终端数为世界领先。

国内目前在建的两个大型质子加速器分别是东莞的中国散裂中子源和惠州的洁净核能源，其中，东莞项目是为用户提供中子，惠州项目主要用于洁净核电技术研究。南京质子源可提供强流质子束，与上述质子加速器功能不同。

2.3.3带电轻子味道转化探测器

表2.10列出了目前国际上寻找带电轻子的味道转换过程的实验装置。由此可见：质子源的束流强度、束流功率和μ子强度在目前国际上研究带电轻子味道转化的μ子发生器装置中为世界前列。这意味着在南京质子源上做1年实验获得的数据可能是在其它最好装置上做10年获得的数据，大大缩短了实验时间，为获得更精确的结果提供保障。

表2.10目前国际上寻找带电轻子的味道转换过程的实验装置

2.3.4第五种力实验装置

粒子物理标准模型中，相互作用力由规范玻色子传递产生。因此寻找第五种力必然伴随寻找新的规范玻色子。如实验可以发现新的规范玻色子以及它导致的新规范作用力，将是超出标准模型的新物理现象，对于基本物理乃至整个物理学有着非凡的意义。

国际上寻找新的玻色子(第五种力)的具体方法是用质子轰击靶核使之激发产生新的核态；新的核态衰变可产生迄今为止尚未发现的新玻色子。这个实验对质子的要求是强流质子束的能量也在MeV-GeV能区。表2.11列出了目前国际上寻找新的玻色子(第五种力)的实验装置。由于我们的装置能谱广，有可能获得好的结果。

表2.11目前国际上寻找新的玻色子(第五种力)的实验装置