强流脉冲束在螺旋管透镜中的非线性传输计算

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。     

紧凑针孔中性粒子分析器标定系统的设计和研制

介绍了紧凑针孔中性粒子分析器(CP-NPA)标定系统,包括一套高能量、小流强的中性粒子束线源和一 个配套旋转平台。束线源由高频离子源、电单透镜、速度选择器、加速管、电四极透镜和中性化室组成。高频离 子源已经完成研制,并顺利建立起等离子体。单透镜已经完成仿真、制造和测试。实验中引出电压为 1.0kV 时, 调整单透镜聚焦电压最高可以引出 36.4μA 束流。速度选择器、加速管、聚焦电四极透镜和中性化室也已完成概念 /工程设计。     

SFC的新的轴向注入束流线

为了满足HIRFL-CSR对注入器SFC的束流强度和品种的越来越高的要求, 兰州重离子加速器国家实验室在研制超导ECR离子源的同时, 设计了一个新的SFC的轴向注入束流线. 这个系统可以分别使用现有的常规ECR离子源和新建造的超导ECR离子源, 期望把从C到U的各种离子的能量和束流强度提高到一个新的水平. 这个系统由二极磁铁, 四极透镜, GLASSER透镜, 螺线管, 螺旋形静电偏转器和两台丝网型线性聚束器组成. 在总结现有系统运行经验的基础上,无论在横向还是纵向, 其性能结构都做了必要的改进. 文章给出了新系统的设计思想, 系统的布局结构和束流光学计算结果, 并对进一步提高聚束效率和聚束器的改进设计作了简要的描述. 目前, 系统正在安装中.     

双圆筒加速透镜中强流束传输的模拟

用矩阵法分析非强流束流与强流束流在双圆筒加速透镜中的传输,编写束流在双圆筒加速透镜等元件中传输的计算程序DCALENS.采用优化方法实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解.在不同束流流强条件下,用DCALENS程序进行模拟计算,并对模拟结果进行比较分析.结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷力越强;束流流强大于2 A时,束流包络曲线发散明显.     

强流脉冲束在静电加速管中传输研究及模拟计算

为了研究强流脉冲束流在静电加速管中的传输, 采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在静电加速管中的传输矩阵, 编写了束流在静电加速管等元件中传输的计算程序ACCT。 用优化方法实现给定的光学条件, 用迭代方法计算强流脉冲束流的空间电荷效应对束流传输的影响以获得自洽解。 在不同束流流强条件下, 利用ACCT、TRACE-3D和TRANSPORT等程序进行了模拟计算, 并对模拟结果进行了比较分析。 模拟结果表明, 提高加速电压比, 可以增强静电加速管的聚焦能力、 减少束流损失和提高传输效率。To study intense pulsed beam transfer in electrostatic accelerate tube, the matrix method was applied to analyze the transport matrixes in electrostatic accelerate tube of non-intense pulsed beam and intense pulsed beam, and a computer code was written for the intense pulsed beam transporting in electrostatic accelerate tube. Optimization techniques were used to attain the given optical conditions and iteration procedures were adopted to compute intense pulsed beam for obtaining self-consistent solutions in this computer code. The calculations were carried out by using ACCT, TRACE-3D and TRANSPORT for different beam currents, respectively. The simulation results show that improvement of the accelerating voltage ratio can enhance focusing power of electrostatic accelerate tube, reduce beam loss and increase the transferring efficiency.     

静电四极透镜中非线性传输的Lie代数分析

用Lie代数方法分析了带电粒子在静电四极透镜中的非线性传输,结果为三级近似.分析过程为:首先建立粒子在静电四极透镜中的运动的Hamilton函数,然后将Hamilton函数在平衡轨道附近展开成幂级数,最后计算粒子的非线性轨迹到三级近似.根据需要,还可以扩展到更高级近似解.     

中能重离子微束辐照装置的研制

微束辐照装置是将辐照样品的束斑缩小到微米量级, 能够对辐照粒子进行准确定位和精确计数的实验平台, 是开展辐照材料学、辐照生物学、辐照生物医学以及微加工的有力工具. 中国科学院近代物理研究所(IMP)正在研制中能重离子微束辐照装置. 该装置以兰州重离子加速器(HIRFL)系统提供的中能和低能重离子束流为基础, 采用磁聚焦方式形成微米束. 束运线上两台铅垂方向的偏转磁铁辅以四极磁铁构成对称消色差系统, 将束流导向地下室, 再用高梯度的三组合四极透镜强聚焦形成微米束斑, 在真空中或大气中辐照样品. 它将成为国内首台能够提供从低能(10MeV/u)到中能(100MeV/u)的重离子微束的公共实验平台, 用于定位、定量照射靶物质(生物细胞、组织或其它非生物材料等), 有助于深入揭示重离子与物质相互作用的本质, 也为探索重离子辐照效应的应用提供新的手段.     

中能重离子微束辐照装置的研制

微束辐照装置是将辐照样品的束斑缩小到微米量级,能够对辐照粒子进行准确定位和精确计数的实验平台,是开展辐照材料学、辐照生物学、辐照生物医学以及微加工的有力工具.中国科学院近代物理研究所(IMP)正在研制中能重离子微柬辐照装置.该装置以兰州重离子加速器(HIRFL)系统提供的中能和低能重离子束流为基础,采用磁聚焦方式形成微米束.束运线上两台铅垂方向的偏转磁铁辅以四极磁铁构成对称消色差系统,将束流导向地下室,再用高梯度的三组合四极透镜强聚焦形成微米束斑,在真空中或大气中辐照样品.它将成为国内首台能够提供从低能(10MeV/u)到中能(100MeV/u)的重离子微束的公共实验平台,用于定位、定量照射靶物质(生物细胞、组织或其它非生物材料等),有助于深入揭示重离子与物质相互作用的本质,也为探索重离子辐照效应的应用提供新的手段.     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

轴对称静电场中粒子非线性轨道的Lie代数分析

用Lie代数方法分析了相对论脉冲束在轴对称静电场中的非线性传输,得到粒子在六维相空间(x,x′,y,y′,τ,pτ)中的三级近似轨迹.在分析中,以静电加速管为例,把静电加速管分成三个单元,即入口膜片透镜–匀加速场–出口膜片透镜,对每个单元施加Lie变换,从而得到轨迹的各级近似.此方法可以推广到一般的轴对称静电场.     

轴对称静电场的束流光学模拟与设计

为了对高压倍加器和静电加速器等低能加速器中一些具有特殊结构的轴对称静电元件进行模拟和设计,采用传输矩阵法编写了直流束的束流光学计算程序,并利用该程序对高频离子源预聚焦系统和移动式加速器中子源的束流光学系统进行了模拟和设计。程序将整个轴对称静电场区域看作厚透镜,并均分成若干个小区间,先利用其他电磁场软件计算区域内的轴上电势分布,然后根据该电势分布计算每个小区间内的束流传输情况得到束流的包络曲线。该程序可以用于计算非线性效应可忽略的复杂轴对称静电场中强流和弱流束的传输,且所需计算时间很短。     

CYCIAE型回旋加速器负离子剥离引出的光学行为研究

为了CYCIAE型回旋加速器的剥离靶轴线及旋转角的概念设计,必须对负离子剥离后的光学特性进行研究,基于根据CYCIAE型回旋加速器剥离引出特点编制的程序CYCRS,计算了CYCIAE30加速器不同能量束流引出剥离点的位置,并与实际位置进行比较,证明计算所用的理论及方法是正确的,同时,考察了剥离后的束流空间运动的光学特性.在此基础上,确定了CYCIAE70回旋加速器能量为35—70MeV的束流引出剥离点位置.     

直线变压器驱动源磁芯能量传递效率

磁芯是直线变压器驱动源(LTD)的关键部件之一,起着初、次级能量传递和次级电压感应叠加的作用,磁芯的能量传递效率对LTD系统的效率、体积和重量影响显著。对LTD系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步的分析,并利用Pspice软件的非线性磁芯模型对磁芯的工作过程和损耗进行了模拟计算,最后对LTD磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究,在工作电压为20 kV时、脉宽约220 ns时,在2.8 Ω负载上获得了大于60%的能量传递效率。     

Mesure des forces d'oscillateur par absorption dans un jet atomique—I. Methode de mesure

Absolute oscillator strengths of the ground state transitions of metallic elements (mercury, zinc) can be determined by measuring the optical absorption from resonance lines in an atomic beam. The apparatus makes use of a Fabry-Perot analyzer for the optical signal in the vacuum ultraviolet region (1800–2200 Å) and of a quartz-crystal microbalance for the determination of the beam density. A computer program is used for folding the apparatus functions with the source and absorption functions. This program compares experimental profiles with calculated values.     

Zemax软件在取样光栅对设计中的应用

 光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件。以2块取样光栅代替单块光栅作为初始光学结构,运用Zemax光学设计软件采用分步优化的方法设计了具有消像差功能的光栅对结构,此方法比采用Matlab语言编程计算的方法消像差更快捷、更灵活,同时可以验证程序计算结果的正确性。设计结果显示：再现的会聚光经2块光栅衍射后在像平面上点列图中的均方根半径仅为0.506μm,单块取样光栅的均方根半径则为7.284μm,说明2块光栅能够做到像差互相矫正,其像质明显好于单块取样光栅。另外,设计出的双光栅光学系统,可进行远场光斑质量检测,为激光束性能的在线诊断提供了行之有效的技术支持。     

Ray tracing studies of a complete plane grating monochromator beam line

Optical design of a plane grating monochromator beam line for X-ray spectroscopic studies to be installed on INDUS-1 is studied using ray tracing technique. The main components of the beam line are pre- and post-elliptical mirrors and the plane mirror-grating dispersing system. The ideal positions of the optical components are decided by using our analytical formulation of the Riemer’s kinetic principle for reflecting synchrotron radiation onto the same spot of the dispersing grating. The program is developed indigenously and can be used on a PC. The tangent error and microroughness of the mirrors is explicitly accounted for in the program. The wavelength dependent absorption of radiation at the different reflecting surfaces is also included for calculations of the optical throughput. The dependence of the final image line shape and resolution on various beam line parameters is calculated. The results are useful in deciding the tolerances of the various beam line components and their positions.     

Φ0300激光扩束器光学系统设计

从三级像差理论出发，分析伽里略（Galilean）和开卜勒（Keplerian）两种类型扩束器的轴外像差没有得到很好校正的原因.通过合理的光路分析，设计出一种轴上和轴外像差都得到很好校正、大口径大相对孔径、视场可增大的、光学性能优于伽里略和开卜勒扩束器的新型扩束器.并给出了物镜通光口径为300 mm、物镜焦距为800 mm、视场为4 mrad、放大倍率为30倍、主工作波长为0.6328 μm的非球面扩束器光学系统结构参量，且进行了像质评价.调整此扩束器目镜组中各镜片的间隔以及物镜和目镜的间隔可以使该扩束器在三个波长使用.     

全光型硅微机械流量传感器初探

介绍一种新颖的全光型硅微机械流量传感器。给出该传感器结构及工作原理的理论分析，并阐述传感器样品的测试及结果。流量传感器具有带脊型波导的悬臂结构。悬梁用作器件的敏感区，而检测光束可以在脊型波导中传输。     

物光参考光同光轴的体全息存储光学系统设计

将两块漫射板分别置于输入面的两侧,使物光和参考光同光轴,可以使体全息存储傅里叶变换光学系统更为紧凑。然而,在这种全息存储光学系统中,物光和参考光的总数值孔径较物光数值孔径大很多。分析这种体全息存储光学系统物光和参考光光路的设计要求和光学参量的确定;采用多重结构方法对物光正向光路、逆向光路和参考光光路同时优化设计,实现对物光光路二对物像共扼位置控制像差,并满足参考光光路的要求;给出前后组焦距分别为33 mm和30 mm的物光和参考光同光轴,前工作距为30 mm,物光和参考光总数值孔径为0.53的全息存储光学系统的设计结果。系统的波像差小于0.071λ,达到衍射极限。     

The aberration theory of a combined electron focusing–deflection system with a rotating deflection field following the rotation of the electrons

A new type of combined magnetic focusing–electrostatic deflection systems whose orientation of deflection field is rotated synchronously with the beam electrons is proposed. This rotation deflection field can be formed by twistification of tube wall electrode (TWE) deflectors. Formulae are derived for the first-order optical properties, third-order geometrical aberrations and first-order chromatic aberrations of this system. A program was written in FORTRAN for numerical computation. An example is given; the computation results show that compared to the conventional systems, the proposed new system has lower deflection aberration coefficients.