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。     

合肥光源电子储存环束流闭轨的局部校正

在合肥同步辐射装置运行过程中，发生储存环的束流轨道偏移。利用现有设备对束流闭轨的位置进行了多次测量和分析，利用测量数据计算得到校正铁强度与束流位置之间移动的响应矩阵，并利用最小二乘法计算得到三个校正铁凸轨系数，用于束流闭轨的局部凸轨校正，取得了预期的效果。     

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.     

波荡器对电子储存环束流影响的研究

研究了国家同步辐射实验室二期工程新建波荡器对储存环束流产生的各种影响,计论了在高亮度模式下,波荡器产生的效应。结果表明：波荡器安装在第三直线节在两种工作模式下对环的影响都有小,不影响正常运行,无须补偿。但安装在第四直线节时,在高亮度运行模式下对电子束流的影响较大,如不进行补偿,环将无法正常运行。     

兰州重离子加速器冷却储存环中电子冷却性能

为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39 MeV/u的58Ni19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。     

兰州重离子加速器冷却存储环控制系统

为了完成建设兰州重离子加速器冷却存储环,自主研发设计了其大型分布式控制系统。控制系统从功能上分为三层：业务管理层、前端控制层以及设备控制层。业务管理层主要包含控制管理程序、中心数据库以及同步时间系统;前端控制层主要包含前端服务器、前端控制器以及各其他控制器等;设备控制层主要为微控制单元 (MCU)多功能控制器以及被控设备等。其中中央数据库存储整个加速器的所有控制数据,为变能时控制系统的控制数据切换提供数据支持。从长期运行情况来看,控制系统需要进行相应的改进,但是能基本满足现行的实验需求。     

BEPC储存环束流振荡频率测量

在加速器的运行和机器研究过程中,需要经常对束流振荡频率进行测量.BEPC储存环束流振荡频率测量系统包括一台频谱仪,两个条形电极装置,两个电压放大器和一个束流振荡检测器.本文介绍了经过改进的BEPC储存环束流振荡频率测量系统.     

兰州冷却储存环上可开展的强子物理研究

介绍了当前强子物理的研究现状和兰州冷却储存环的能量特点,以及国内强子物理专家的分析和建议。在兰州冷却储存环上,可利用中能轻离子束核反应产生强子激发态研究强子内部夸克态的结构和性质、强子性质随核环境的变化和手征对称破缺与部分恢复。尤其是通过兰州冷却储存环上限能区附近的P＋P反应,研究奇异夸克的不对称性和形状因子,寻找超子激发态和pentaquark的实验证据,发现双重子态的实验事例。 According to both the development on badrons physics and the aspect of Lanzhou cooling storage ring （CSR） and based on the analysis and propositions given by experts in China, we propose some hadrons physics program at CSR. The hadron spectroscopy produced in light nucleus collisions at CSR used to probe the quark and gluon structure of hadrons, to study the modification of the hadron properties in nuclear matter and to investigate the spontaneous breaking of the chiral symmetry and its partial restoration. Especially, the proton-proton collisions at beam energies per proton below 2.8 GeV at CSR should be used to measure the strangeness asymmetry and strange form lector, to probe the existence of hyperon and pentaquarks and to find the evidence for the existence of dibaryon.     

CSR注入引出高压静电偏转板设计

 利用3维电磁场计算程序MAFIA对CSR注入引出静电偏转板的物理结构进行了理论设计。该偏转板高压电极材料采用表面经过阳极氧化处理的锻铝板材,倒角半径为20mm,电极半宽度60mm,其几何形状能够同时满足电场均匀性、耐压性及机械强度的要求,切割板电极采用半钨丝半钽板的结构,入口厚度不大于0.1mm。在设计基础上制造了偏转板模型,并对之进行了真空模拟试验,结果证明该高压静电偏转板的设计方案是合理的,基本满足物理实验要求。     

基于现场可编程门阵列的束流快引出控制系统设计

 为实现兰州重离子冷却储存环主环束流的快引出,采用一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的引出控制系统。在FPGA单元设计中,采用数字倍频技术来实现对Kicker磁铁在1个高频周期内充放电时间的精度控制。经测试,该控制系统对存储环中运行束流位置的跟踪可调节时间步长为5 ns。当高频频率为1.4 MHz时,在0~360°范围内可实现约2.5°相位精度的Kicker触发。     

用于浅层肿瘤重离子治疗的终端束流诊断控制系统

 设计了中国科学院近代物理研究所利用兰州重离子研究装置（HIRFL）进行浅层肿瘤临床治疗试验研究中所使用的束流诊断安全控制系统。该系统包括束流强度监测及保护、剂量测量、扫描波形监测及保护3个部分。系统基于PXI系统及LabVIEW软件,给出了该系统的各部分结构。从系统建立时的多次测试结果以及实际临床治疗试验研究时的长期运行结果来看,该束流诊断控制系统在控制辐照剂量以及安全保护方面能够满足当前重离子加速器浅层肿瘤临床治疗试验的基本要求,为试验研究的顺利进行提供了可靠的保证。     

上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的设计

开展了上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的结构和脉冲电源的技术设计,并进行了磁场分布和励磁电流波形的模拟计算。还给出了陶瓷真空盒镀膜的设计参数,提出了计算陶瓷真空盒镀膜接受同步光功率的公式,研究了防止镀膜和波纹管受到同步光照射的机械布局设计。     

上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的设计

 开展了上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的结构和脉冲电源的技术设计,并进行了磁场分布和励磁电流波形的模拟计算。还给出了陶瓷真空盒镀膜的设计参数,提出了计算陶瓷真空盒镀膜接受同步光功率的公式,研究了防止镀膜和波纹管受到同步光照射的机械布局设计。     

CSR空间电荷效应的研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的流强设计 ,对其空间电荷效应进行了讨论 .随着流强增高和发射度降低 ,束流自作用场效应 (空间电荷效应 )逐渐显现 .散焦的空间电荷力造成的粒子自由振荡频移和束流包络增长 ,带来了不稳定因素 ,这些不稳定因素就限定了储存环的流强极限.Cooler Storage Ring (CSR), an upgrading program planned at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), will supply beams with higher quality and intensity. Space charge effects should be considered due to this magnitude of intensity in CSR. The concept and some phenomena of space charge effects are discussed. Space charge intensity limit and space charge tune shift of normal CSR operation are given. It is of significance for the construction and operation of the future facility.     

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.     

准分子激光的光束波面测量技术

 准分子激光在激光光刻和微细加工中有广泛的应用，要求激光具有好的稳定性和光束波面均匀性。介绍了准分子激光的波面特性以及波面分析测量技术。用波面分析仪对XeCl和ArF激光特性进行全面的测量和评估，给出了主要参数的测量结果，重点分析了光束均匀性。     

强流电子束束心横向运动调谐技术研究

 介绍了为抑制“神龙一号”加速器束流束心螺旋运动而开展的强流电子束束心轨迹的调谐技术研究和实验结果。通过束质心轨迹校正调谐,使“神龙一号”输出束流脉冲50 ns平顶部分螺旋模的振幅由大于4 mm减小到小于1 mm。同时介绍了调谐原理和方法,相关的数值模拟结果与实验结果的比较以及正在进行中的计算机智能调谐研究。