北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统北大核心CSCD

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

BEPCⅡ束流相关本底的蒙特卡罗模拟研究(Ⅱ)—束流-气体相互作用

介绍了用蒙特卡罗方法研究正常对撞模式下束流本底中的束流-气体相互作用的原理与效果.使用通用的模拟工具,研究了BEPCⅡ的束流-气体本底对设计中的BESⅢ的影响.结果显示,在储存环上设置挡板后,探测器的本底在允许的范围之内.模拟结果对BEPCⅡ-BESⅢ的设计建造具有指导意义.     

BC501A液体闪烁体对γ射线的光输出响应

研究了对BC501A液体闪烁体对γ射线的光输出响应特性。实验上利用γ放射源(60Co,137Cs)测量了不同光电倍增管高压下,尺寸为Φ5.08 cm×5.08 cm的BC501A液体闪烁体探测器的脉冲幅度谱。利用Geant4软件进行模拟,计算结果与实验数据很好地符合,得到了能量分辨函数及能量刻度曲线。利用Geant4研究了BC501A的脉冲幅度谱的康普顿边缘Ec、康普顿峰Emax及康普顿半高点E1/2与能量分辨率的关系。同时模拟结果显示,随γ射线能量(0.2～3 Me V)的增加,康普顿边缘位置Nc/Nmax从0.8至0.7线性减少。     

使康普顿探测器灵敏度能量响应相对平坦的一种方法

介质型标准康普顿探测器对1．5MeVγ的灵敏度约为0．5Mevγ辐射对应灵敏度的1．7倍，在0．5～5MeV对应能区内，能量灵敏度相对该能区的平均灵敏度的最大差异近40％，也就是说在该能量区内介质型标准康普顿探测器的灵敏度变化较大，能量响应不太平坦，如果用于近距离测量具有能谱结构的高强度γ辐射，就比较难获得不确定度小的绝对强度结果。本工作研究了康普顿探测器各构成部分的材料和尺寸对探测器输出的贡献，各种γ辐射能量下探测器的灵敏度，设计加工了灵敏度可调的康普顿探测器，在强钴源放射性源场中验证了部分研究结果。     

BEPCⅡ束流损失探测系统及其初步应用

束流寿命是衡量储存环性能的重要参数,它直接影响到储存环能否正常运行.采用束流损失探测系统通过探测束流损失的地点,可以为分析束损原因、优化机器参数和提高束流寿命提供依据.介绍了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPC Ⅱ)束流损失探测系统的基本情况:前端束流损失探测器输出的脉冲信号送到下位机进行处理,通过CAN总线将所有的下位机连接到位于本地站的前端PC机,此PC机再通过以太网与中控室的PC机或工作站进行数据通讯,最终实现对束流损失的实时监测、数据存储,并能对历史数据进行处理,达到实时显示全环束损分布的目的.文章最后还简要介绍了整个系统在BEPC Ⅱ调束过程中的初步应用.     

BEPCⅡ束流损失探测系统及其初步应用

束流寿命是衡量储存环性能的重要参数, 它直接影响到储存环能否正常运行. 采用束流损失探测系统通过探测束流损失的地点, 可以为分析束损原因、优化机器参数和提高束流寿命提供依据. 介绍了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)束流损失探测系统的基本情况: 前端束流损失探测器输出的脉冲信号送到下位机进行处理, 通过CAN总线将所有的下位机连接到位于本地站的前端PC机, 此PC机再通过以太网与中控室的PC机或工作站进行数据通讯, 最终实现对束流损失的实时监测、数据存储, 并能对历史数据进行处理, 达到实时显示全环束损分布的目的. 文章最后还简要介绍了整个系统在BEPCⅡ调束过程中的初步应用.     

BEPCⅡ零模束流反馈系统研制

 为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强（910 mA）时的纵向振荡（零模）,引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。     

用于激光驱动质子束测量的腔式束流位置探测器模拟研究

根据激光驱动质子束流低发射度、短脉冲、单束团低电量的性质,研究腔式束流位置探测器(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性问题。针对质子束团的大横向分布和发散角问题,推导了其通过腔式BPM的输出信号,结果表明该信号与集中从束团对称中心、倾斜一定角度通过的束流产生的输出信号相同。依据上述原理,使用CST软件进行了腔式BPM的设计和仿真,确定了矩形谐振腔波导耦合的方案。讨论了该方案的腔式BPM对于激光加速束流的适用性和不同激光驱动质子束流参数的分辨率,并针对PW级激光加速系统进行了分辨率估算。     

BEPCⅡ束流相关本底的蒙特卡罗模拟研究(Ⅲ)——Touschek效应

介绍了Touschek效应本底研究的意义、Touschek效应的作用原理和建模方法. 使用自主开发及通用的模拟工具, 系统研究了BEPCⅡ工作条件下BESⅢ主要探测器的Touschek本底. 模拟和计算束流寿命的比较表明当前的模拟结果是有参考价值的, 建模方法是可行的. 探测器的模拟结果表明Touschek本底不会影响将来BESⅢ的正常稳定运行, 不会造成探测器的辐照损伤.     

流强探测器发热分析及改善方法

BEPCⅡ新参量流强探测器在束流高流强对撞模式下存在严重发热问题。为了稳定和精确的测量,对可能的发热原因进行了综合讨论,针对真空盒发热问题利用CST进行尾场模拟,以本征模计算得到稳态温度分布。对探测器发热问题利用等效的反射阻抗计算方法得到陶瓷狭缝的截止频率,从而有针对性地提出了实用的解决方案并得到了理想的实验结果。实验基本解决了BEPCⅡ探测器的发热问题,对今后流强探测器的改进和未来流强探测器的研发和设计有指导意义。     

流强探测器发热分析及改善方法（英文）

BEPC Ⅱ新参量流强探测器在束流高流强对撞模式下存在严重发热问题。为了稳定和精确的测量,对可能的发热原因进行了综合讨论,针对真空盒发热问题利用CST进行尾场模拟,以本征模计算得到稳态温度分布。对探测器发热问题利用等效的反射阻抗计算方法得到陶瓷狭缝的截止频率,从而有针对性地提出了实用的解决方案并得到了理想的实验结果。实验基本解决了BEPC Ⅱ探测器的发热问题,对今后流强探测器的改进和未来流强探测器的研发和设计有指导意义。     

康普顿探测器优化设计

康普顿探测器可以获得脉冲X射线照射量随时间变化的波形,探测器特性主要由收集体、介质和金属外壳的材料、尺寸决定。针对神龙一号加速器产生的X射线的能谱结构,应用蒙特卡罗模拟方法,进行探测器结构尺寸设计,获得最佳的有机玻璃介质厚度为30 mm。探测器灵敏度系数随X光能量变化的曲线表明其能量响应较差,分析与计算结果表明在收集体前加低Z金属可有效改善能量响应特性并提高灵敏度系数。计算得到用于测量神龙一号加速器的X射线照射量的康普顿探测器的灵敏度系数为6.86×1011(C/kg)-1。     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

能量响应平坦的康普顿探测器设计

以开展能量响应平坦的真空康普顿探测器为目的,采用厚薄材料叠加补偿设计思想,使用蒙特卡罗方法,对真空康普顿探测器的灵敏度能量响应进行了优化设计。优化的探测器系统采用0.01,1.00 mm厚Au叠加的发射极,3 mm厚Fe前窗以及3 mm挡铅。在f40 mm准直下,实现了在0.4~7.0 MeV 能区内,探测器本征灵敏度极值变化小于10.7%。该能量响应平坦性优于当前各种常见的探测器。     

基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计

本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI （Tl）环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI （Tl）主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。     

基于二次电子发射的离子束剖面测量

介绍了利用二次电子发射测量束流强度分布的基本原理。针对能量为几十keV的低能离子束,制作了一个基于印刷线路板工艺的离子束剖面测量系统模型。模型采用宽度1.8 mm的金属条作为收集电极,相邻两条之间的间距为2 mm。利用电子回旋共振源对束流剖面测量系统进行了性能测试,考察了网栅电压对信号收集的影响以及系统的线性响应和成像特性。结果表明,探测器输出信号与束流强度之间具有较好的线性关系,系统能得到离子束的一维横向强度分布,位置分辨率2 mm。     

响应矩阵分析方法在BEPC储存环上的应用

由于储存环中各种元件误差的存在, 机器的实际运行模式与设计模式有一定的偏差. 目前广泛开展的响应矩阵方法研究, 可以分析出磁铁元件以及束流位置测量元件的误差, 使束流基本参数得到校正. 介绍了用响应矩阵分析方法, 在BEPC储存环上进行的局部轨道校正的实验研究, 以及BEPC储存环束流参数校正的模拟研究.     

BEPC横向阻尼时间的测量

 利用逐束团测量系统在BEPC储存环中跟踪单个束团得到其多圈位置振荡信息，获得BEPC储存环的横向阻尼时间与束流流强、色品、八极子和束流能量的关系，并通过分析得到了BEPC储存环辐射阻尼时间为52 ms。实验结果表明：流强越高、色品越大，阻尼率也就越大；束流流强为4.7 mA时八极子强度的变化对阻尼率没有影响；束流流强为5 mA时，阻尼率随束流能量升高而减小。     

基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器数值模拟

基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究。分析了该探测器在高能γ粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应。考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8~7.0 MeV的γ入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级。但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低。这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾。