兰州重离子冷却储存环工程

兰州重离子加速器冷却储存环是兰州重离子研究装置的后续工程 .它的建造目的是将重离子束的能量提高到 1 Ge V/u附近 ,同时利用储存环电子冷却技术将束流品质提高一个数量级 ,并提供更多种类的重离子束 ,以开展更广范围和更高精度的物理实验 .兰州重离子加速器冷却储存环是一个双储存环系统 ,由一个主环和一个实验环构成 .对其总体布局、总体参数、主要功能进行了介绍. HIRFL- CSR, a new accelerator project at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), is a multipurpose Cooling Storage Ring system which consists of a main ring (CSRm) and an experimental ring (CSRe). Beams from HIRFL will be accumulated and accelerated in CSRm, and then transported to CSRe for internal target experiments. The layout, major parameters and main functions of the CSR were described.     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器(HIRFL)由用作注入器的扇聚焦回旋加速器(SFC)和分离扇回旋加速器(主加速器SSC)组成,是加速中、低能重离子束流的回旋加速器系统.     

兰州重离子加速器冷却储存环束流累积研究

对兰州重离子加速器冷却储存环加速器主体的主要功能环——主环的束流累积方法和设计进行了研究 .为了使主环对不同种类的重离子束流都具有较强的累积能力 ,在设计时考虑采用电子冷却参与下的两种束流累积方法 :多次多圈注入和射频堆积 .对这两种方法 ,电子冷却的冷却时间都是将束流累积到高流强的关键因素. The beam accumulation methods of HIRFL CSR(Heavy Ion Research Facility of Lanzhou and Cooler Storage Rings) project were studied. Two accumulation methods will be adopted to increase the beam intensity of CSRm. For both multiple multi turn injection method and RF stacking method, electron cooling of beam plays an important role.     

兰州重离子加速器的状态和发展

文章首先简要地介绍了世界上重离子加速器的发展状态,然后对兰州重离子加速器（HRFL）的结构,建造过程,运行情况,多年来以及目前正在进行的主要改造项目进行了描述,为适应核物理及其相关学科的持续发展研究的需要,对HIRFL近期和将来的发展情况作了概括的描述。     

兰州冷却环总体设计

兰州重离子冷却环CSR是兰州重离子加速器研究装置HRRFL的一项升级工程, 是一个双冷却储存环系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成. 从HIRFL回旋加速器系统来的重离子束, 首先注入到主环CSRm中进行累积冷却, 然后加速到较高的能量引出打初级靶产生放射线次级束RIBs或高离化重离子束, 这些次级束再被送到验环CSRe储存起来以开展内靶实验.     

兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统

 踢轨系统是一种以快速脉冲方式工作的以高压大电流驱动的特殊二极磁铁系统,用于环形加速器的束流注入和引出。简要介绍了在兰州重离子加速器冷却储存环上采用ARM+DSP+FPGA技术实现踢轨控制时序的方法,时间控制精度达ns量级。ARM主要控制信号的网络通讯,踢轨系统的时序精度控制主要由DSP结合FPGA技术完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用信号隔离器及铁氧体以抑制脉冲干扰。经现场测试,系统可以安全稳定地实现束流踢轨的控制要求。     

重离子加速器冷却储存环高频腔体设计

通过二维高频电磁场的计算,设计了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL–CSR）的铁氧体加载腔,给出了高频系统主要参数及加速电场的分布。     

重离子加速器冷却储存环高频腔体设计

 通过二维高频电磁场的计算，设计了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL–CSR）的铁氧体加载腔，给出了高频系统主要参数及加速电场的分布。     

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。     

兰州重离子医疗装置同步环安装控制网设计

介绍了兰州重离子医疗装置(HIMM)建造中准直安装方案里核心的测量控制网设计。同步环准直测量控制网是基于Leica AT401激光跟踪仪和综合测量软件SA建立的三维测量控制网,在控制网设计中采用9个基准柱和2个激光干涉测量得到的基准长度参考,以及Leica DNA03数字水准仪协同测量,使全局三维控制网设计精度达到0.04mm,最终确保同步环四极磁铁安装精度达到0.10mm的要求指标,为将来束流的稳定运行做好可靠的保证。     

兰州重离子医疗装置同步环安装控制网设计

介绍了兰州重离子医疗装置（HIMM）建造中准直安装方案里核心的测量控制网设计。同步环准直测量控制网是基于Leica AT401激光跟踪仪和综合测量软件SA建立的三维测量控制网,在控制网设计中采用9个基准柱和2个激光干涉测量得到的基准长度参考,以及Leica DNA03数字水准仪协同测量,使全局三维控制网设计精度达到0.04 mm,最终确保同步环四极磁铁安装精度达到0.10 mm的要求指标,为将来束流的稳定运行做好可靠的保证。     

Experimental investigation of a pulse line ion accelerator in Lanzhou

In order to put the Pulse Line Ion Accelerator (PLIA) concept to its practical application, a small experimental platform was built. It was found that the actual axial electric field is smaller than the theoretical calculation, so the accelerated ions will enter into the deceleration zone before leaving the helix, which will seriously affect the acceleration process. Based on the improved parameters, the He⁺ with 24 keV is accelerated to 55 keV, and the proof-of-principle experiment is completed on this platform.     

冷却存储环虚拟加速器的数据交互系统

介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL CSR）为重离子治癌而改造的控制系统中的数据交互系统,数据交互系统是CSR虚拟加速器的核心。该系统能实现对256个能量级的束流控制,为以后深层重离子治癌做好准备。系统主要采用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及束流在不同能量级间的切换控制。该系统已经运行于冷却存储环主环（CSRm）的束流慢引出调试中,性能稳定,能满足物理人员的要求。     

基于FPGA的HIMM同步高频信号源设计

针对医用重离子加速器装置(HIMM)同步加速器对于高频系统不同能量波形输出的需求,设计实现可输出不同能量对应腔体电压及偏磁电流波形的同步信号源。该系统以ARTERA公司FPGA作为核心处理元件,接收并处理多组腔体电压及偏磁电流波形文件,同时以DAC作为输出单元,通过接收同步光触发信号实现不同能量对应给定波形信号的无缝切换及同步输出,完成HIMM同步高频信号源的设计。测试结果表明,该信号源工作稳定,可实现各种不同能量对应波形的无缝切换及同步输出,其性能完全满足HIMM系统对碳离子捕获加速的要求。相比于商业任意波形发生器产品,该系统价格低廉,且模块化的设计易于集成,可广泛应用于其他需产生任意波形信号的场合。     

The test pulse line ion accelerator in Lanzhou

To accelerate intense, short pulsed heavy ion beams to the energies of interest for studies of high energy density physics and warm dense matter, the Pulse Line Ion Accelerator (PLIA), of which the axial acceleration gradient can achieve several MeV per meter with realistic helix parameters at very low cost, was developed in recent years. A simple prototype of PLIA for a proof-of-principle experiment called the Lanzhou Test PLIA was designed and constructed at the Institute of Modern Physics in Lanzhou, and the test result matches the calculated result well. The pattern of the axial electric field Ez and the velocity of the traveling wave were simulated by CST.     

兰州重离子直线加速器设计初步

兰州重离子直线加速器是作为兰州重离子冷却储存环(CSR)未来的注入器而开始的一个新项目, 其目的是为CSR提供更好束流品质及更高流强的束流, 更加充分的发挥CSR的潜能, 同时也可以为超重等研究直接提供束流. 其设计最小荷 质比为1/6, 引出能量为16MeV/u, 设计流强为1A.μA, 工作频率为100MHz及其倍频200MHz.采用超导ECR离子源、RFQ及IH型DTL加速结构的方式, 设计总长度小于40m. 整个工程分阶段进行,现阶段的工作重点是第一个IH腔体之前的工作于基频的部分, 本文主要介绍这部分的动力学设计及整台机器的基本参数.     

上海光源同步辐射空间干涉仪研制

研制了上海光源同步辐射空间干涉仪,用于储存环束团横向截面尺寸及发射度的精确测量。对干涉仪工艺设计中的光路参数、关键设备选型、数据处理方法及数据采集处理软件结构进行了分析讨论。结合束流实验完成了系统调试及运行参数优化,结果表明,CCD增益系数与曝光时间设置对测量精度有显著影响,增益系数设为0 dB,曝光时间设为200 ms时,随机测量误差可控制在μm量级。对上海光源储存环横向束斑尺寸进行了精确测量,结果表明:空间相干度曲线近似为高斯分布,可以采用单一空间频率的相干度测量值进行快速束斑尺寸计算;水平束斑尺寸实测值为52.4 μm,与理论值预期值53.0 μm相比,差异小于2%;系统测量误差约为5.5%,主要误差来源为相干度随机测量误差。     

上海光源同步辐射空间干涉仪研制

 研制了上海光源同步辐射空间干涉仪,用于储存环束团横向截面尺寸及发射度的精确测量。对干涉仪工艺设计中的光路参数、关键设备选型、数据处理方法及数据采集处理软件结构进行了分析讨论。结合束流实验完成了系统调试及运行参数优化,结果表明,CCD增益系数与曝光时间设置对测量精度有显著影响,增益系数设为0 dB,曝光时间设为200 ms时,随机测量误差可控制在μm量级。对上海光源储存环横向束斑尺寸进行了精确测量,结果表明:空间相干度曲线近似为高斯分布,可以采用单一空间频率的相干度测量值进行快速束斑尺寸计算;水平束斑尺寸实测值为52.4 μm,与理论值预期值53.0 μm相比,差异小于2%;系统测量误差约为5.5%,主要误差来源为相干度随机测量误差。