BRISOL靶源的远控操作系统

北京放射性核束装置在线同位素分离器(Beijing Radioactive Ion-beam Facilities Isotope Separator On-line)利用回旋加速器提供的100 Me V高能质子束轰击靶材料产生放射性核束。高能质子束轰击靶材料产生的最高10~(14)n/s的中子及很强的γ射线会对靶附件的设备造成严重的活化。为了解决靶源系统设备的维护问题,靶源系统采用模块化设计。靶源系统共分为3个模块,每个模块具有独立的水冷、供电及电信号馈入。真空、水、电、气等可以伴随模块的插拔自动接通或者断开。各模块可以通过特制的吊钩远程抓取或者释放,借助监控系统,实现各个模块从靶源间到热室的远程转运。该系统已完成了安装和调试,并已投入使用。     

利用强流ISOL束研究~(20)Na的奇异衰变模式（英文）

北京放射性离子束装置(Beijing Radioactive Ion-beam Facility,BRIF)是基于在线同位素分离器技术的国家大科学平台。在BRIF装置上利用100 MeV的质子束轰击较厚的反应靶产生放射性核素;反应产物经离子源电离和在线分离,在线同位素分离段可引出100～300 keV的放射性核束,质量分辨率达20 000。在基金委科学仪器基础研究专项的支持下,建成了多用途的衰变实验终端,包括束流传输管道、通用靶室、带电粒子和γ探测器、集成电子学和数据获取系统等。利用100 MeV的质子束轰击MgO厚靶产生了流强高达1×105pps的~(20)Na放射性核束。通过高效率地同时测量β,γ和α,第一次直接观测到~(20)Na非常稀有的β-γ-α衰变模式。     

BRISOL铝同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器(BRISOL)采用100 MeV回旋加速器提供的最大200μA的质子束打靶在线产生放射性核束。在BRISOL上已经使用氧化钙靶、氧化镁靶产生了Na⁺、K⁺等放射性核束。为了产生铝同位素放射性核束,研发了碳化硅靶材,开展了碳化硅靶产生铝放射性核束的实验研究。在BRISOL装置上首次产生了铝同位素放射性核束,其中^26gAl⁺的束流强度为8.7×10⁷ pps,²³Al⁺的束流强度为2.2×10² pps,同时将BRISOL靶能承受的质子束流强提升至15。     

低能质子束产生感生放射性的蒙特卡罗模拟

质子束轰击探测器产生的感生放射性核素,将使探测器成为一个典型的外照射辐射源,针对感生放射性核素种类、活度的计算有利于辐射防护工作的开展。使用FLUKA蒙特卡罗程序,研究了低能质子束（20 MeV以内）轰击三种探头材料（铜、钽、钨）产生的感生放射性问题,得到探头材料在一定照射时间下的放射性核素活度及指定冷却时间后的剂量水平。研究结果表明,质子束轰击铜探头产生感生放射性的能量阈值最低（4~5 MeV）,而钨、钽探头与质子束产生感生放射性的能量阈值较高。相同照射时间下的钨、钽探头产生感生放射性总活度远低于铜探头,在冷却1 h后其放射性总活度降至最低。     

中高能质子入射碎片质量分布研究

中高能质子轰击靶的碎片的质量分布是了解散裂中子靶的放射性累积和对靶材料性能的影响的一个重要方面.利用在级联-激子模型(CEM)的基础上发展起来的“多步动力学”模型(MSDM,Many Stage Dynamical Model)分别研究了入射质子能量为334,572,775,1200,1500和2600MeV轰击Nb靶,329,555,760,1200,1500和2600MeV轰击¹⁹⁷Au靶,160,230,271,322,533,660,759,1400,1600和2600MeV轰击Pb靶引起的碎片的质量分布,并和实验测量数据进行了比较.     

低能质子回旋加速器内部束流测量探头的感生放射性

 为满足回旋加速器内部束流测量探头产生低放射性的要求,通过理论分析和蒙特卡罗模拟方法,研究了11 MeV,50 μA质子束轰击铜探头产生的感生放射性,得到各种感生放射性核素的饱和放射性活度,并对结果进行了比较。分析结果表明,采用软件FLUKA进行蒙特卡罗模拟,核反应考虑完全,可同时计算不同照射时间下的直接和间接感生放射性,计算结果准确。应用该方法,质子束轰击不同测量探头产生的感生放射性可以得到详细和准确的分析和预测。     

加速器驱动次临界系统散裂靶参数优化计算

采用国际开源程序包Geant4,构建高能质子束轰击加速器驱动次临界系统(ADS)散裂靶的物理模型,模拟计算质子轰击液态金属铅、铅-铋合金和汞靶的泄漏中子谱分布,以及计算不同能量质子对应的铅靶泄漏中子产额和轴向积分分布,获得1 Ge V质子对应的铅圆柱靶优化参数,考虑入射质子的利用率和整个堆芯的体积质量,优化靶半径范围为16～24 cm,靶高为100 cm,相关研究结果可为(ADS)散裂靶的物理和工程设计提供理论依据。     

质子束轰击金属靶面的二次电子效应的模拟研究

基于粒子云网格计算方法,对质子束轰击靶面产生二次电子的效应进行了模拟研究,得到了不同电场强度对质子束的品质以及其产生的二次电子的数量的影响。研究表明,50 kV电压下,质子束束腰宽度1.8 mm,并有近10%的质子束打在阴极侧壁上;150 kV电压下,质子束束腰宽度1.2 mm。这说明,抽取电场强度小时质子束分散,其束流品质下降;抽取电场强度大时质子束紧凑。通过调控抽取、加速电压,可以有效地控制到靶质子流的聚散状况,以及由此产生的二次电子的强度及分布。     

延迟质子先驱核~(33)Ar、~(49)Fe的实验研究

用65MeV的~(12)C束轰击~(24)Mg、~(40)Ca靶,通过(~(12)C,3n)反应,产生了延迟质子先驱核~(33)Ar及~(49)Fe,观测了它们的β~ 延迟质子谱,其主峰能量分别在3.28±0.07MeV与1.98±0.04MeV,截面分别为0.4±0.08μb与0.7±0.14μb,测得~(33)Ar的半衰期为167±24ms。     

飞秒激光与薄膜Cu靶作用时质子能谱实验

采用飞秒激光辐照固体薄膜Cu靶的方式对质子束的产生及质子束能谱开展了实验研究。在SILEX-Ⅰ飞秒激光装置上,保持脉宽为30 fs不变,测量了不同激光能量和功率密度下辐照7 m Cu靶时的质子能谱。研究结果表明:质子沿着靶背法线方向发射,质子在一定能量处出现截断;随着质子束能量的增加,质子束流减小;轰击厚为7 m的Cu靶时,激光能量越大则质子束流越强;随着激光功率密度的增加,质子截止能也随之增加。     

利用强流ISOL束研究20Na的奇异衰变模式(英文)

北京放射性离子束装置（Beijing Radioactive Ion-beam Facility,BRIF）是基于在线同位素分离器技术的国家大科学平台。在BRIF装置上利用100 MeV的质子束轰击较厚的反应靶产生放射性核素;反应产物经离子源电离和在线分离,在线同位素分离段可引出100~300 keV的放射性核束,质量分辨率达20 000。在基金委科学仪器基础研究专项的支持下,建成了多用途的衰变实验终端,包括束流传输管道、通用靶室、带电粒子和γ探测器、集成电子学和数据获取系统等。利用100 MeV的质子束轰击MgO厚靶产生了流强高达1×105 pps的20Na放射性核束。通过高效率地同时测量β,γ和α,第一次直接观测到20Na非常稀有的β-γ-α衰变模式。Beijing Radioactive Ion-beam Facility(BRIF) has been commissioned as the national Radioactive Ion Beam(RIB) facility based on the Isotope Separator On Line(ISOL) technique since 2016. At BRIF, the radioactive nuclides are produced by the proton beam of 100 MeV bombarding a thick-target, the reaction products diffusing out of the target are ionized by an ion source and delivered to the online mass separator. In addition to the post-accelerated radioactive ion beams, BRIF can provide low-energy ISOL beams of 100 to 300 keV with a mass resolution of 20 000. A general-purpose decay station has been built including the ISOL beam transport line, a conventional reaction chamber, charge-particle and γ detectors with integrated electronics and data acquisition system. An intense 20Na ISOL beam up to 1×105 pps was produced by using the 100 MeV proton beam bombarding a MgO thick target. With high-efficiency measurements of β, γ and α simultaneously, very rare β-γ-α decay mode in 20Na has been directly observed for the first time in the present work.     

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应

发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.     

强激光与双锥靶作用加速准单能质子束

提出了一种新型的双锥靶结构用于准单能质子束加速。利用二维PIC粒子模拟程序研究了强激光与双锥靶作用加速产生质子束的物理过程以及质子束品质。双锥靶产生的质子束在峰值能量和发散角度等方面都明显优于相同激光条件下单锥靶和平面靶的结果。尤其与平面靶相比,双锥靶质子束的峰值能量提高了5倍以上,而且很好地保持准单能性。一方面双锥靶的内锥部分是临界密度材料,提高了激光的吸收效率;另一方面双锥靶内形成了更强的准静态磁场,可以约束引导更多的超热电子传输过锥尖,进而增强加速质子束的鞘层电场。     

加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择

加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)是利用加速器产生的高能强流质子束轰击重核时产生的外源中子,来驱动次临界堆芯中裂变材料发生的持续的链式反应,使得长寿命放射性核素最终变为非放射性的或短寿命的核素,并维持反应堆运行,因而具有该系统所固有的安全性。ADS的中子能谱硬,通量大,能量分布宽,嬗变长寿命核素能力强,可大幅降低核废料的放射性危害,实现核废料的最少化,被国际公认为是核废料处理最有前景的技术途径。文章介绍了ADS研究的国家需求,概述了ADS技术原理及挑战,同时介绍了中国科学院战略性先导科技专项(A类)"未来先进核裂变能——ADS嬗变系统"这一研究课题实施进展情况,并对未来发展进行了展望。     

ISOL靶－源中铀靶的放射性活度研究

用3种方法计算在线同位素分离器(ISOL)靶－源中铀靶在100MeV, 200μA强流质子束照射下产生的放射性核素活度及γ射线强度随时间的变化, 为铀靶的设计、更换及后期处理提供一定的设计依据.     

中能8B和9C与Si反应总截面的测量

能量为75MeV/u的¹²C初级束轰击2mm厚的初级Be靶,并利用RIBLL从弹核碎片中分离出54.2MeV/u质子滴线核束8B和61.1MeV/u的⁹C,再轰击Si靶,用透射法测量了它们与Si的反应总截面σ_R.并应用Glauber模型进行理论计算,分析结果表明⁸B和⁹C都可能具有质子晕结构.     

CiADS中LBE散裂靶的放射性核素研究

铅铋合金(LBE)作为中国加速器驱动系统(CiADS)散裂靶的候选材料,长期辐照使其具有很强的放射性。散裂靶放射性核素的研究仅考虑了质子束的散裂反应,而忽略了反应堆裂变中子的活化作用。本文采用FLUKA和MCNP耦合计算LBE和及其结构件的放射性产物。比较了裂变中子和高能质子在放射性产物的活度、主要放射性核素、毒性和衰变光子等方面的贡献。裂变中子的活化作用对主壳、导管和射束管有显著影响。当反应堆趋于临界状态时,裂变中子对LBE的活化作用是高于质子束流的。在LBE中,96.66%的 210Po是由裂变中子诱导的。这些结果表明,裂变中子在LBE及其结构部件的活化计算中是必不可少的。此外,本研究为CiADS的辐射防护提供了参考数据,也为ADS系统中散裂靶的放射性核素研究提供了更准确的方法。     

C-ADS中质子束窗散射效应和热力学计算

质子束窗是C-ADS中隔离加速器的真空环境与靶的非真空环境的重要部件。质子束窗材料及其冷却介质造成的束流散射效应是造成束流在靶外损失的主要因素,由于质子束窗中的高能量沉积和高辐照效应,束窗的热力学计算显得尤为重要。计算结果表明:当质子束窗和散裂靶距离为1.5 m时,通过选取合理的结构参数,多管道型质子束窗结构可以将靶外束流损失控制在1%以内。束窗中总的应力,包括由于温度升高造成的热应力、冷却剂的静压,以及束窗两侧加速器真空与外部非真空环境的压强差造成的应力,可以有效控制在所用材料的许用应力之内。并通过计算讨论给出C-ADS中质子束窗的初步设计参数。     

基于RIBLL的核谱学实验研究方法

在兰州近代物理研究所放射性束流线(RIBLL)装置上开展了对极短寿命的远离核的核谱学实验研究.利用能量为69MeV/u的³⁶Ar¹⁷⁺轰击厚度为92.3mg/cm²的^natNi靶,以弹核碎裂方式产生目标核²⁹S.通过RIBLL的分离将它注入到Si(Au)带电粒子探测器中并测量其β延发质子能谱.所得到的²⁹S的β延发质子能谱和寿命与文献值符合得相当一致,证明了本实验所采用的技术路线是可行的.     

一架400千伏高电压装置的设计、安装及运转

一、绪言 1930年郭克哥洛夫脱(Cockcroft)和华尔敦(Walton)首先用多级整流的高电压倍加器(简称高电压装置)把质子加速到150千电子伏,他们用这样加速的质子轰击锂靶,产生了第一个人工加速粒子所引起的原子核核嬗变。一年以后,万特克拉夫(Van de Graaff)发表了他的静电加速器,后者所产生粒子的能量和它的稳定度都比高电压装置为高,而建