CSNS-Ⅱ靶站质子束窗结构设计与优化分析

中国散裂中子源（CSNS）靶站质子束窗位于环到靶站输运线（RTBT）与靶站交接面,起到隔离加速器高真空和靶站氦气环境的作用。随着束流功率提高,目前质子束窗单层膜结构形式已无法满足CSNS-Ⅱ 500 kW的高功率需求,因此开展CSNS-Ⅱ质子束窗研制,设计出双层膜中间通水的冷却结构,完成质子束窗双层膜的薄膜半径、薄膜厚度、水冷槽长度与宽度、对流换热系数等各参数对质子束窗温升与热应力的影响分析。通过冷却水需求分析得出,冷却水流速需大于15 L/min。通过质子束窗主体的流固耦合分析,消除箱体内部死水区域。最终优化后质子束窗薄膜位置最高温度47.8℃,薄膜位置最高热应力30.758 MPa。通过FLUKA软件对质子束窗材料的辐照损伤性能进行分析,在每年5 000 h工作时长、500 kW高功率束流的辐照下,辐照损伤DPA计算值为1.285 DPA,质子束窗的安全使用寿命在7年以上。     

高能光源束流位置探测器支撑架结构优化设计

从热稳定性和振动稳定性两个角度出发,优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构;通过ANSYS有限元模态分析,验证了结构的热膨胀变化量和特征频率;采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试,结果表明,支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm,均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法,得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值,进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。     

Wrinkle analysis and mounting optimization of the primary stripper foil for CSNS

The primary stripper foil's lifetime is very important for high intensity proton accelerators. Besides high temperature, the wrinkle of the stripper foil is also harmful for the lifetime and the injection efficiency. However, the recent wrinkle simulation is still not perfect. In this paper, a new method for wrinkle analysis has been proposed for the first time, which is integrated with the buckling theory. Based on this method, the wrinkle vibration and the maximum wrinkle shape of the normally mounted foil have been simulated. Then, two mounting schemes for reducing the wrinkle have been contrasted. Finally, the foil mounting structure for CSNS has been designed.     

7MeV注入剥离膜系统设计

设计了一台注入能量为7 MeV的快循环同步加速器剥离膜装置，介绍了主体结构设计及高精度换膜运动结构，实现膜片精确定位及在线换膜功能。针对注入参数对膜片开展分析计算，分析了7 MeV的负氢离子束注入时相应的碳膜材料的反应截面及不同厚度的剥离效率，给出了膜片厚度的参数选择。对所设计膜片的温升和寿命进行分析，膜片的温升最高点达到755 K，远小于同类的加速器的剥离膜温度，具有更高的寿命和可靠性。     

CSNS/RCS次级准直器吸收体的冷却设计

作为CSNS/RCS横向束流准直系统的关键部件,次级准直器用于吸收经主准直器散射后不在预定轨道的束晕粒子,其工作原理决定了该设备要求满足强辐射环境下的稳定性、超高真空及高定位精度等要求。基于主准直器的设计及研制经验,对次级准直器结构方案及控制系统进行详细设计。针对关键部件吸收体,结合辐射防护分析结果,考虑水冷降温的方式,设计了控制程序,通过有限元分析软件ANSYS对其进行瞬态热分析,保证吸收体设计的可行性。     

剥离膜安装与空气动力学分析

在散裂中子源注入系统工作过程中,剥离膜是实现负氢离子转换为质子注入加速的关键部件。百nm到μm级厚度的剥离膜超薄易碎,安装及系统真空获得难度较高,一直是散裂中子源研究的重点。对比了国外膜片固定方式现状,通过设计剥离膜辅助安装装置,实现剥离膜样品批量安装;通过Fluent仿真分析,模拟得出膜片在不同进出口压差下真空获得过程中的压力分布、膜片附件空气扰动及系统空气流动,制定在不破坏剥离膜的前提下真空获得方案,并获得剥离膜系统超高真空环境。     

一种废束站束窗结构设计与优化

废束站束窗是废束站的重要部件。利用束流的束斑尺寸及功率确定束窗能量的高斯分布方式;通过蒙特卡罗方法计算束窗的沉积能量。利用ANSYS稳态分析确定束窗的材料、截面形状和厚度。通过计算比较束窗在不同材料、截面形状和厚度条件下的温度、应力和变形,得出合适的束窗材料、截面形状和厚度,从而确定束窗的最终结构。最后利用瞬态方法模拟束窗调束时的温度分布情况。     

有机小分子探针对过氧亚硝酸根离子的荧光检测响应机理的研究进展

过氧亚硝酸根离子（ONOO-）是非常活跃的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）物种,因具有高氧化性和强硝化性而备受关注。ONOO-作为一种重要的生理活性分子,其在体内的水平异常会损害细胞中的蛋白质和DNA,从而导致生物体内炎症和其它严重疾病的发生。近年来,研究者利用荧光检测技术实现了对生物活性分子的快速且灵敏的监测,并借助成像工具进行了高分辨率示踪,其中开发了许多用于检测ONOO-的有机小分子荧光探针。本文评述了近年来基于分子内电荷转移（ICT）、光诱导电子转移（PET）、荧光共振能量转移（FRET）和激发态分子内电荷转移（ESIPT）等多种荧光响应机理构建的ONOO-荧光检测方法的最新研究进展。     

无氧铜表面处理在束流准直器中的应用

束流准直器作为加速器的关键部件，用于吸收不在预定轨道的束晕粒子。因良好的电导率和良好的准直效率，铜被广泛应用于准直器中作为挡块材料。通常，挡块位于超高真空环境中，承受高功率束流载荷冲击，其不同表面处理工艺直接影响传热性能及放气率。为评估无氧铜表面处理工艺对相关性能的影响，分别对其进行表面化学腐蚀发黑处理、高温氧化处理以及仅机械加工处理，结果表明：无氧铜表面发黑处理后，其热辐射系数明显增加，同时也伴随着放气率的明显增加；而通过高温氧化处理后的铜块，其表面热辐射系数与仅机械加工后的铜块差异不大，放气率有一定程度的增加。以散裂中子源二期项目中的动量准直器为研究对象，在一定的束流载荷作用下，挡块选用发黑无氧铜，可将其最高温度控制在125℃以下，同时增加两台离子泵可使该准直器所在区域真空度满足运行要求。