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。     

高剥离态Fe Ⅹ Ⅵ离子能级寿命测量

在原子能院串列加速器上,利用束箔方法,测量了能量为30 MeV Fe离子产生的高剥离态谱线跃迁结构的寿命值.在30 MeV时,Fe通过箔膜的电荷态分布在7+到17+,我们选择Fe XⅥ2p~6(~1S)4p—2p~6(~1S)5d(~2P_(3/2)~o—~2D_(3/2))的谱线,谱线波长124.696(?),能级寿命为79±4 ps.最后对实验误差进行了分析.     

中国散裂中子源RCS注入区H0CT测量系统研制

中国散裂中子源的强流质子加速器采用剥离注入的方式,碳膜将H^-剥离两个电子后变成质子,多圈涂抹注入到快循环同步环加速中,并加速至1.6 GeV。为了精确测量剥离膜的剥离效率并研究不同厚度剥离膜的使用寿命,在I-Dump束线上新研发并安装了一套束流流强探测器(H⁰CT),用于测量未完全剥离的H^-和H⁰(H^-被剥离一个电子)粒子。为了测量μA级束流,H⁰CT弱流强测量系统的研制考虑了外部干扰,配合探头、线缆及电子学低噪声的抗干扰设计,将环境噪声及干扰的影响降至最低,提高信噪比,实现了μA级脉冲电流的测量。     

高剥离态Fe XVI离子能级寿命测量

在原子能院串列加速器上,利用束箔方法,测量了能量为30MeVFe离子产生的高剥离态谱线跃迁结构的寿命值。在30MeV时,Fe通过箔膜的电荷态分布在7+到17+,我们选择Fe XVI 2p6 (1S) 4p -2p6 (1S) 5d（2P°3/2 -2D3/2）的谱线,谱线波长124.696 Å,能级寿命为79±4ps。并对实验误差进行了分析。     

TRIUMF ARIEL 电子直线加速器设计

TRIUMF 的三期升级工程(ARIEL) 计划建造一个 50 MeV 平均流强为10 mA的电子直线加速器作为注入器,通过光裂反应生成放射性核素。电子直线加速器包括两个主要部分：注入器和后加速器,注入器完成电子能量从100 keV到10 MeV的转换,随后的后加速器将电子能量从10 MeV加速到50 MeV。电子源拟采用重复频率为650 MHz的热电子枪提供初始能量为100 keV,束长为 171 ps的电子束。束流动力学模拟了几种不同的设计方案以获得最优化的设计,模拟显示通过对腔体以及聚焦元件的仔细设计以及电子枪出射电子的参数选择, 电子束能量在达到50 MeV时束长可以被聚焦到 11.75 ps (对应于1.3 GHz 频率下5.5°) ,并且可以使电子束在超导低温柜中的尺寸保持在1.26 cm以下。     

TRIUMF ARIEL 电子直线加速器设计

 TRIUMF 的三期升级工程(ARIEL) 计划建造一个 50 MeV 平均流强为10 mA的电子直线加速器作为注入器,通过光裂反应生成放射性核素。电子直线加速器包括两个主要部分：注入器和后加速器,注入器完成电子能量从100 keV到10 MeV的转换,随后的后加速器将电子能量从10 MeV加速到50 MeV。电子源拟采用重复频率为650 MHz的热电子枪提供初始能量为100 keV,束长为 171 ps的电子束。束流动力学模拟了几种不同的设计方案以获得最优化的设计,模拟显示通过对腔体以及聚焦元件的仔细设计以及电子枪出射电子的参数选择, 电子束能量在达到50 MeV时束长可以被聚焦到 11.75 ps (对应于1.3 GHz 频率下5.5°) ,并且可以使电子束在超导低温柜中的尺寸保持在1.26 cm以下。     

中国散裂中子源快循环同步加速器壁电流探测系统

在中国散裂中子源工程中, 快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器, 用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑, 以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标, 并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试, 此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

HITFiL同步加速器剥离注入

一台新的治癌专用加速器HITFiL正在设计和建造中,其中一台同步加速器为其主加速器,以高紧凑性、高可靠性和低成本为设计目标。同步加速器的注入系统采用剥离注入方式,剥离注入与单圈注入方式相比能达到较高的注入效率,而其造价明显低于多圈注入加电子冷却的注入方式。治癌采用碳粒子束,从ECR离子源产生的C5+离子经过回旋加速器预加速后在同步加速器注入点处剥离成为C6+注入到环里。详细阐述了该注入系统的设计方案,并对整个注入过程进行了计算机模拟。在模拟过程中,对束流的注入效率、束流损失机制和粒子数增益进行了研究,得到了实空间和相空间的粒子分布和发射度增长趋势,得到了满足要求的束流流强。     

Study of energy deposition and stripper temperature for CYCIAE-100

Nowadays high intensity proton accelerators are extensively applied, and this paper gives particular emphasis on CYCIAE-100, a 100 MeV high intensity compact cyclotron being constructed at CIAE. For accelerators of this type, the study is focused on how to improve the beam intensity. As for CYCIAE-100, the charge-exchange extraction is used to get protons. So it is crucial to enhance the lifetime of the stripping foil, which is largely determined by the energy deposition on it. For this cyclotron, due to the influence of the magnetic field, the electrons will spin near the foil and lose energy each time when they cross the foil. The energy deposition refers to all the energy deposition of protons and electrons. This paper stresses the stripper study of CYCIAE-100, in which the particle distribution on the foil is simulated and the energy deposition of the protons and electrons stripped from the H- ions are calculated. The temperature distributions are then calculated as a main reference for the foil design.     

Study of energy deposition and stripper temperature for CYCIAE-100

Nowadays high intensity proton accelerators are extensively applied, and this paper gives particular emphasis on CYCIAE-100, a 100~MeV high intensity compact cyclotron being constructed at CIAE. For accelerators of this type, the study is focused on how to improve the beam intensity. As for CYCIAE-100, the charge-exchange extraction is used to get protons. So it is crucial to enhance the lifetime of the stripping foil, which is largely determined by the energy deposition on it. For this cyclotron, due to the influence of the magnetic field, the electrons will spin near the foil and lose energy each time when they cross the foil. The energy deposition refers to all the energy deposition of protons and electrons. This paper stresses the stripper study of CYCIAE-100, in which the particle distribution on the foil is simulated and the energy deposition of the protons and electrons stripped from the H^－ ions are calculated. The temperature distributions are then calculated as a main reference for the foil design.     

A method for determining foil thicknesses in TEM by using convergent beam electron diffraction under weak beam conditions

In the present work, convergent beam electron diffraction was studied in zirconium (a material of intermediate atomic number) at 300 keV, under weak beam diffraction conditions. For a particular thickness, the details in an observed low order disc were matched to those calculated using the multibeam dynamical theory. This presents the possibility of determining foil thickness over a wide range, with an estimated experimental accuracy of ≈7% or less. In contrast to other convergent beam techniques, the present method, which uses weak beam conditions, can employ commonly-occurring low order reflections to extract thicknesses.

A simple equation based on the two beam approximation, is derived to determine foil thickness (to within ≈ 10%) without resorting to detailed image matching. This equation can be used for a rough estimate of foil thickness while carrying out TEM observations.     

Reduced graphene oxide foils for ion stripping applications

ABSTRACT

Reduced graphene oxide (rGO) films can be employed as ion strippers in an accelerator. They show some advantages with respect to the graphite foils, due to their high thermal and electrical conductivity, low density, high mechanical resistance and high stability. Thin graphene oxide (GO) films with a sub-micron thickness have been synthesized and transformed into reduced GO (rGO) by ion beam irradiations. Physical characterizations of the pristine and ion irradiated GO films have been performed. Measurements of stripping efficiency have been carried out by using helium, lithium, carbon and oxygen ion beams. The rGO stripper films demonstrate a significantly high charge production, comparable to that of the graphite films but with the advantage of a longer lifetime.     

XUV成像系统中像传递函数研究用的Si刻蚀膜

研制具有网格或条状图形的Si刻蚀膜靶,用于XUV系统中像传递函数的研究。在自截止腐蚀工艺制备Si平面薄膜的基础上,结合离子束刻蚀工艺,获得刻蚀深度为1.0 μm左右,网格尺寸为25 μm×25 μm,或条状线宽为5 μm的Si刻蚀膜;测量了Si刻蚀膜的形貌和刻蚀深度;研究了离子束刻蚀参数对图形形貌的影响。并介绍采用两种靶型获得的像传递函数信息。     

XUV成像系统中像传递函数研究用的Si刻蚀膜

 研制具有网格或条状图形的Si刻蚀膜靶，用于XUV系统中像传递函数的研究。在自截止腐蚀工艺制备Si平面薄膜的基础上，结合离子束刻蚀工艺，获得刻蚀深度为1.0 μm左右，网格尺寸为25 μm×25 μm，或条状线宽为5 μm的Si刻蚀膜；测量了Si刻蚀膜的形貌和刻蚀深度；研究了离子束刻蚀参数对图形形貌的影响。并介绍采用两种靶型获得的像传递函数信息。     

1.053μm激光辐照金箔靶发射X射线能谱的实验研究

在“星光-Ⅱ”单束高功率激光装置上利用束匀滑的钕玻璃基频激光辐照不同厚度的金箔靶,测量了金箔靶前向和背向的X射线能谱、X射线辐射能量角分布及X射线能谱时间变化过程,研究了金箔靶中激光烧蚀及辐射烧蚀过程;获得了不同厚度金箔、不同激光功率密度及不同角度等几种条件下其前后向X射线能谱的定量测量结果,同时从不同厚度的金箔背侧X射线能谱时间过程观察到明显的辐射热波时间延迟. 关键词： 金箔靶 X射线能谱 辐射烧蚀 辐射热波     

电解抛光法制备金属钨箔膜

研究了在硫酸甲醇体系中进行电解抛光制备状态方程（EOS）靶用钨薄膜。分析了钨的阳极极化曲线,对薄膜的表面形貌、晶粒取向、密度和厚度一致性进行了测试和分析,并制备出均方根粗糙度小于50 nm、厚度一致性好于99%、能够保持原材料密度的钨箔膜,满足激光驱动材料高温高压状态方程研究的标准靶材料的需求,证明电解抛光是制备低表面粗糙度、块材密度的EOS所用金属箔材的有效手段。     

CSRm内靶实验中的轻离子束流寿命模拟研究

 建立了内靶对兰州冷却储存环主环束流影响的单粒子跟踪模拟程序,对pellet小丸靶和碳靶对束流带来的负面影响进行了模拟研究,主要讨论CSRm内靶实验中的束流存活率和束流寿命状态。结果显示利用厚度为1×10¹⁶ atoms×cm^-2小丸内靶时,2.6 GeV质子束流寿命在100 s量级,而对于目前技术水平下的碳膜靶 (厚度为 5×10¹⁷ atoms×cm^-2),质子束流寿命为s量级;束流寿命和束流能量基本成正比关系,束流寿命和内靶厚度近似成反比关系。