RIBLL束流诊断的发展

描述了重离子加速器放射性次级束流线束流诊断技术的新发展,它包括初级束流在线监测研制的非拦截式法拉第筒,监测低强度初级束流的塑料闪烁探测器,测量放射性次级束流剖面的大面积双维位置灵敏平行板雪崩室等.这些新研制的束流诊断装置的运用,明显提高了设置、调整、确定重离子加速器放射性次级束流线运行参数的速度和准确性,改善了放射性次级束流纯度和质量,并使得重离子加速器放射性次级束流线的运行更简洁、迅速和有效.     

兰州放射性束流线(RIBLL)的控制系统

介绍了兰州重离子加速器国家实验室放射性次级束流装置(RIBLL)的控制系统的原理、组成及其结构.     

RIBLL1终端实验装置

描述了一套HIRFL的放射性核次级束流引起反应测量的实验装置,它由RIB鉴别、测量系统、次级靶控制系统和次级反应产物鉴别、测量系统组成.高增益分组延迟线读出、重心定位PPAC,横向场IC,椭球面镜聚焦、PMT读出、闪烁薄膜时间拾取器,双叠层纵向场阳极分条读出IC,PMT矩阵读出x—y位置灵敏Phoswich闪烁探测器,康普顿抑制HpGeγ探测器等单元是这套装置的基本部件.目前,该装置已安装在兰州重离子加速器RIBLL1终端.性能测试和实验研究正在进行.     

RIBLL次级束流强度的提高

为了提高兰州重离子加速器放射性次级束流线的束流强度,在现有的输运线基础上 ,设计了一个由一组超导螺线管和一个产生靶组成的次级束流增强系统.简要介绍了这个系统的束流光学设计原理和系统的初步设计.In order to meet the meeds of nuclear physic research, the beam intensity of RIBLL (Radioactivy Ion Beam Line in Lanzhou) should be improued. This can be carried out by two ways: increasing the primary beam intensity or improuing the transmission of the beam line. A system consisting of three superconducting solenoids and a new target frame is designed.     

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.     

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.     

放射性次级束流分离器真空系统的压力分布

放射性次级束流分离器是强流重离子加速器装置中,连接增强器和高精度环形谱仪的束流输运线,用于传输重离子束流以及放射性次级束流。为了满足束流传输的要求,并维持相连增强器和高精度环形谱仪的极高真空,放射性次级束流分离器真空系统的平均压强应低于5×10-7 Pa。因此,需要验证真空系统设计方案的可行性,以及设计方案能否满足要求的压强范围。通过现有的同步储存环CSRm中的真空计监测数据以及软件BOLIDE的模拟结果对比,对真空压力计算软件VAKTRAK的使用方法和计算结果进行验证;采用VAKTRAK模拟计算不同真空参数下（流导、出气率以及泵速）放射性次级束流分离器真空系统的压力分布。根据计算结果,放射性次级束流分离器真空系统的平均压强可以达到1.79×10-7 Pa （H₂）,满足物理实验和工程设计的要求。通过模拟计算结果,放射性次级束流分离器真空系统的设计方案的可行性得到验证,系统设计的真空度满足要求。HIAF Fragment Separator(HFRS) is connected with Booster Ring(BRing) and Spectrometer Ring (SRing) in the HIAF and used to transfer the ion beams and radioactive secondary beams. To satisfy the requirements of beam transmission and maintain the extremely high vacuum of BRing and SRing, the average pressure of HFRS vacuum system should be lower than 5×10-7 Pa. Therefore, the feasibility of the design scheme and whether the design scheme would fulfill the required vacuum range or not should be verified. Based on the measured data on the current sychrontron CSRm and the simulation results of BOLIDE, the calculation results of VAKTRAK are verified and then VAKTRAK is used to calculate the pressure profiles of different parameters(such as the conductance, out-gassing and pumping speed) for HFRS. According to the calculation results, the average pressure of HFRS vacuum system could be 1.79×10-7(H₂) which achieves the required pressure for physics experiments and engineering design. According the calculation results of this paper, the feasibility of the designed HFRS vacuum system has been verified and the design of system satisfies the vacuum requirements.     

HIRFL浅层肿瘤重离子治疗终端束流配送系统性能的实验验证

详细介绍了兰州重离子研究装置(HIRFL)浅层肿瘤重离子治疗终端的被动式束流配送系统, 对该束流配送系统重要组成部件及其整体的性能进行了实验验证. Bragg峰展宽装置脊形过滤器及能量调节装置射程移位器测试结果显示该设备的性能指标达到设计要求. 为验证该被动式束流配送系统的整体性能, 进行了束流成形实验, 模拟对肿瘤靶区的三维适形照射. 结果表明: 利用该束流配送系统可实施对肿瘤的三维适形放射治疗. HIRFL浅层肿瘤治疗装置束流配送系统性能的验证为下一步开展肿瘤重离子束治疗临床试验奠定了基础.     

丰中子奇异核17B的实验研究

在兰州重离子加速器国家实验室(HIRFL)放射性次级束流线(RIBLL)上,用束流透射法测量了丰中子奇异核17B与C靶反应的总截面.假定17B具有15B(核芯) 2n结构,采用Gauss HO形式的密度分布和零力程Glauber模型进行计算的结果可以很好地拟合实验数据,并得出17B的密度分布有一个很大的弥散,表明17B是双中子晕核.     

BRISOL铝同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器(BRISOL)采用100 MeV回旋加速器提供的最大200 μA的质子束打靶在线产生放射性核束。在BRISOL上已经使用氧化钙靶、氧化镁靶产生了Na+、K+等放射性核束。为了产生铝同位素放射性核束,研发了碳化硅靶材,开展了碳化硅靶产生铝放射性核束的实验研究。在BRISOL装置上首次产生了铝同位素放射性核束,其中26gAl+的束流强度为8.7×107 pps,23Al+的束流强度为2.2×102 pps,同时将BRISOL靶能承受的质子束流强提升至15 。     

GANIL的三个主要实验装置介绍

法国GANIL 加速器于1983年1月开始进行物理实验,其能量范围为20—100MeV/u,柬流强度范围为1.5×10~(12)粒子/秒(94MeV/u~(16)O)到2×10~9粒子/秒(23MeV/u~(100)Mo)。加速器提供了相当好的束流品质,束流能量分辨好于10~(-3),水平发散度和垂直发散度小于5π毫米毫弧度[1]。由于GANIL 是国际上较早达到中能区的重离子加速器,并且具有相当强的束流强度,所以它的实验装置和物理工作引起了广泛的兴趣。图1是GANIL 的实验区,本文主要介绍它的三个主要装置.     

放射性次级束流分离器的分离性能北大核心CSCD

放射性次级束流分离器(HFRS)是强流重离子加速器装置(HIAF)上开展放射性次级物理研究的重要装置。HFRS是飞行时间型(PF)碎片分离器,具有大磁刚度、大接受度、大孔径磁铁以及高动量分辨的特点。HFRS采用Bρ-ΔE-Bρ方法纯化弹核碎裂或裂变反应产生的放射性核素,是开展高精度储存环内实验及环外实验研究的重要工具。主要介绍HFRS分离纯化奇异核的能力,采用MOCADI程序模拟单降能器与双降能器下典型弹核碎裂反应和裂变反应中粒子的鉴别和纯化。模拟结果表明:HFRS具有很好的消色散和聚焦特性,对于弹核碎裂反应中轻核的分离采用单降能器系统即可得到很好的纯化效果;而弹核碎裂反应中重核的分离则需采用双降能器系统才可得到很好的纯化效果;对于裂变反应,由于裂变反应的能散较大,则在采用双降能器系统时也仅仅能得到一定的纯化效果。     

JAERI和KEK联合项目中的中能束流传输线及其升级设计

中能束流传输线(MEBT)在日本质子加速器研究设施(J-PARC)中对控制束流损失起到非常关键的作用. 中能传输线已经成功设计和建造, 并进行了束流实验. 简要介绍了中能传输线及其束流实验的结果. 为进一步减少和消除传输线中的束流切割器的上升和下降过程中产生的不稳定粒子, 以满足更高流强下的束损要求, 给出了一个带有反束流切割器的中能传输线的升级设计, 该设计已被用作该项目的备用方案. 升级设计的中能传输线要完成三个任务：完成从RFQ到DTL的束流相空间匹配; 利用束流切割器把束流切割成注入快循环时所需要的束流结构, 以及利用反束流切割器把束流切割器上升和下降时间段产生的部分偏转的不稳定粒子作用回DTL的相空间接收度内, 以减少和避免粒子丢失. 在该中能传输线中, RF偏转器被用来作为束流切割器和反束流切割器. RF偏转器是中能传输线中最关键的部件, 进一步讨论了RF偏转器作为反束流切割器的优化设计. 也给出了该传输线的动力学分析的结果.     

RIBLL2上放射性次级束粒子鉴别能力的提升

为了提升兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)中放射性次级束流装置(RIBLL2)的粒子鉴别能力,在其F1色散面上研发、安装了一套可测量核反应产物起始时间和位置等信息的新型高性能探测器,并发展了一种利用测量的位置及飞行时间等实验数据提取束线光学参数从而修正粒子磁刚度的实验方法。使用F1色散面上的新型探测器,再结合粒子磁刚度修正方法,首次在RIBLL2-ETF分离器上实现了全动量接收度下300 MeV/nucleon 78Kr弹核碎裂产物的清楚鉴别,结果显示:对于较重的75As33+,其电荷分辨σ_Z~0.19、质核比分辨σ_A/Z~5.8×10?3。这一结果,有效提升了RIBLL2粒子鉴别能力,增加了奇异核收集效率,使研究范围由低质量核区(A<40)拓展到了中等质量核区(A~80),这将有效促进RIBLL2上放射性次级束物理实验的发展。     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7～25 MeV/u同步加速到２00～1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高１个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。     

冷却储存实验环功率源的设计与计算

 对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5~2.0 MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70 kW。满足最高加速或减速电压10 kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400 MeV/u 减速到 30 MeV/u。     

低气压多丝正比室及其在放射性束流实验中的应用

介绍了为在放射性束流线上开展精确的散射和反应实验中,对入射束流的角度和有效数目等进行在线监测而设计制造的低气压多丝正比室.它透射性好,不干扰束流,并方便在真空环境中工作.测量表明,它的位置分辨率约0.5mm.对20—30MeV/u的低Z的放射性束流有着大于90%的位置探测效率,适用于中能次级束实验靶前的束流定位及在线监测,也可用在靶后测量出射带电粒子的角度.     

丰中子奇异核17B的实验研究

在兰州重离子加速器国家实验室(HIRFL)放射性次级束流线(RIBLL)上,用束流透射法测量了丰中子奇异核¹⁷B与C靶反应的总截面.假定¹⁷B具有¹⁵B(核芯)＋2n结构,采用Gauss＋HO形式的密度分布和零力程Glauber模型进行计算的结果可以很好地拟合实验数据,并得出¹⁷B的密度分布有一个很大的弥散,表明¹⁷B是双中子晕核. 关键词： 丰中子奇异核 反应总截面 Glauber模型 密度分布     

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。     

CSR放射性次级束流线

兴建中的放射性次级束流线,是兰州重离子冷却储存环中连接主环和实验环的束运线的主要部分.描述它的结构、离子光学,以及二、三阶像差校正.