质子散射角分布的蒙特卡罗模拟

利用Monte Carlo模拟软件Fluka2006.3b.2,模拟计算质子经单膜散射后粒子角分布及能量分布.讨论质子束能量、散射体材料及厚度对散射角分布的影响.结果表明：薄的高原子序数材料适合做散射体. 关键词： 质子治疗 束流扩展 单膜散射法 散射角     

带电粒子束传输的相图函数理论

带电粒子束发射相图的形状可用相图函数描述.本文利用相图函数理论和Lie代数研究非线性传输系统中束相图的变化.同时研究了它的逆问题──根据束特性选择传输系统参数.作为例子,讨论了利用非线性元素改善束质量和非线性周期场系统中的束匹配问题.     

微小颗粒的光散射数值模拟

简单介绍了以经典Mie理论为基础的光散射测量技术在颗粒直径和颗粒浓度测量中广泛的应用。分别以Mie理论和离散偶极子近似理论(DDA)为基础, 用数值计算方法分析了球型颗粒的光散射特性，给出了微小颗粒对平行入射光散射的强度函数和散射偏振度的数值计算方法。得到了强度函数和偏振度随相关物理参量变化的三维图，为微小颗粒散射研究提供了一种三维视图。计算结果表明：当尺度参量x＜4时，2种方法所得结果差异不大；随尺度参量增大，2种方法所得结果出现较大差异。与经典Mie理论相比，由于离散偶极子近似理论可以解决各种形状的颗粒散射问题，其应用前景更广泛。     

束流输运理论的新表述（II）——线性力的检验

 用数值方法在恒定和周期线性力情况下对纯粹和混合系统检验了我们在文献[1]中所提出的输运理论框架的可靠性和优越性。结果表明，该理论的数值计算和常用的粒子跟踪模拟完全一致，但计算时间少，误差涨落小。     

Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律

建立一个描述低能电子在多元多层介质中散射的物理模型,运用MonteCarlo方法模拟低能电子在靶体胶衬底中的复杂散射过程,在此基础上通过大量计算研究入射束能、胶层厚度、衬底材料等不同曝光条件对抗蚀剂沉积能密度分布的影响,获得沉积能分布规律:适量的低束能、薄胶层、低原子序数衬底可以使前散射电子对胶中沉积能密度分布的贡献增大、背散射电子的贡献减小,从而提高曝光分辨率. 关键词： 电子束曝光 MonteCarlo方法 低能电子散射 能量沉积     

100MeV质子双环双散射体扩束方案设计

为满足质子单粒子效应实验对大面积、均匀化质子束流的需求,针对中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器提供的100 MeV质子进行了双环双散射体扩束方案设计.Geant4模拟表明该方案可在2.4 m位置产生一个均匀性为±1.89%、半径为8 cm的照射野,在5 m位置产生一个均匀性为±5.32%、半径为20 cm的照射野.此外,利用Geant4对双环双散射体扩束方法的基本原理进行了进一步探索,并对第二散射体后加速器管道、初始束斑尺寸、照射野形成距离、改变入射质子能量等实际中各种可能因素对该方案扩束效果的影响进行了讨论.     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因:预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法:(1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;(2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束;(3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;(4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

蒙特卡罗模拟单阻止柱双散射体质子束流扩展方法

束流扩展是研究质子治疗大体积深度肿瘤的基础,利用Monte Carlo多粒子模拟软件Fluka2006.3b.10,计算质子经过单阻止柱双散射体后束流横向分布特性,与相同条件下由Highland公式经解析计算相比较.结果表明:在束流分布均匀性大于95%的范围内,Fluka计算得到的质子通量小于由Highland公式经解析计算得到的结果,膜薄的条件下二者符合好于膜厚的条件.束流扩展半径随着两个散射膜厚度的增加而增大,束流利用率先增加后减小,最大值是16.9%.     

电介质/半导体结构样品电子束感生电流瞬态特性

电子束照射下电介质/半导体样品的电子束感生电流(electron beam induced current,EBIC)是其电子显微检测的重要手段.结合数值模拟和实验测量,研究了高能电子束辐照下SiO2/Si薄膜的瞬态EBIC特性.基于Rutherford模型和快二次电子模型研究电子的散射过程,基于电流连续性方程计算电荷的输运、俘获和复合过程,获得了电荷分布、EBIC和透射电流瞬态特性以及束能和束流对它们的影响.结果表明,由于电子散射效应,自由电子密度沿入射方向逐渐减小.由于二次电子出射,净电荷密度呈现近表面为正、内部为负的特性,空间电场在表面附近为正而在样品内部为负,导致一些电子输运到基底以及一些出射二次电子返回表面.SiO2与Si界面处俘获电子导致界面附近负电荷密度高于周围区域.随电子束照射样品内部净电荷密度逐渐降低,带电强度减弱.同时,负电荷逐渐向基底输运,EBIC和样品电流逐渐增大,电场强度逐渐减小.由于样品带电强度较弱,表面出射电流和透射电流随照射基本保持恒定.EBIC、透射电流及表面出射电流均随束流呈现近似正比例关系.对于本文SiO2/Si薄膜,透射电流随束能的升高逐渐增大并接近于束流值,EBIC在束能约15 keV时呈现极大值.     

10MeVLIA强流电子束的输运

介绍了１０ＭｅＶ直线感应加速器（ＬＩＡ）束输运系统布局及实验的调试规律。分析了束横向运动对束稳定输运的影响，理论分析和实验调试的结果表明，抑制束稳定输运的主要障碍来自束的横向运动。当束稳定输运时，可获得束能１０．４ＭｅＶ，束流强度２．６ｋＡ，束半高宽约１００ｎｓ的强流脉冲电子束。     

Stationary Scattering Theory for a Charged Particles Transport Problem

We consider a nonautonomous transport problem, the modelization of the charge exchange dynamics in a monoatomic ionized gas, and apply scattering theory to its dynamics. The free dynamics corresponds to the evolution of the total distribution of particles (neutral plus ionized particles) and the perturbed dynamics corresponds to the evolution of the neutral particles, which is the solution of a nonautonomous transport problem. The existence of the time-dependent wave operators was proved by the first author. In the present paper we follow Howland's formalism in constructing a stationary scattering theory for this nonautonomous transport problem by studying the evolution equation. We prove the existence of the wave operators and by using the smooth perturbation technique we obtain the similarity between perturbed and unperturbed operators.     

Scattering of particles in wave beam based on series expansion

Based on the orthogonalities of the vector wave functions, the expressions of scattering fields are developed as the particle in the zero order field and in the first order fields of x, y, and z, respectively. A general relation between the expansion coefficients of scattering field and incident field is presented. Taking the elliptical beam for example, the scattering property of a particle in beam is investigated. After analyzing the effects of the beam waist, irradiating distance, etc. on scattering property, the validity of the proposed algorithm is demonstrated. Results show that the beam waist may improve the particle identification property and the particle has a strong scattering both in the forward direction and in the backward direction. The method proposed is simple and is a new way of researching the scattering from particles in electromagnetic beams.     

The propagation of infinitesimal disturbances in an ultrarelativistic gas according to the method of elementary solutions

It has recently been shown that a linearized relativistic BGK model can be reduced, in the ultrarelativistic limit, to a system of three uncoupled transport equations for thermal, sound, and shear waves. The equation describing the propagation of thermal waves is the well-known one-speed neutron transport with isotropic scattering in the conservative case. In this paper the solution of the half-space problem for the equation describing the propagation of shear and sound waves is given according to Case's elementary solutions method.     

带电粒子束传输中横向发散的类ABCD定律

 傍轴近似下带电粒子束传输可完全类比于近轴光线椭圆高斯光束的传输。基于这种类比，建立了带电粒子束传输中横向发散的复曲率半径的类ABCD定律，引入了带电粒子在横向的复曲率半径的概念，并以复曲率半径的实部表征带电粒子束的敛散特性，虚部表征带电粒子束的束斑大小。由此提出：带电粒子束整体可被看作类椭圆高斯光束，其发射度与光束波长的作用相同。通过这种类比可知，在适宜的加速器环境下，理论上可能产生相干带电粒子束。     

Performance of the plugged-in 22Na based slow positron beam facility

The Beijing intense slow positron beam facility is based on the 1.3 GeV linac of Beijing ElectronPositron CoUider (BEPC) aiming to produce mono-energetic intense slow positron beam for material science investigation. The plugged-in 22Na based slow positron beam section has been newly constructed to supply continuous beam time for the debugging of positron annihilation measurement stations and improve the Beijing intense slow positron beam time using efficiency. Performance testing result of the plugged-in 22Na based slow positron beam facility are reviewed in this paper, with the measurement of the beam transport efficiency, the view of beam spot, the adjustment of beam position, the measurement of beam intensity and energy spread etc. included.     

离子微束技术及其多学科应用

通过微米孔准直或电磁聚焦技术可将加速器产生的MeV离子束形成微米尺寸的离子束斑(微束), 从而用来研究固体和生物样品的微米空间分辨的材料信息和辐照响应。 结合MeV离子微束的发展历史综述了微束技术和跨学科应用, 包括利用微束开展具有空间分辨的离子束分析、 单粒子效应、 微纳加工和细胞辐射响应等研究。 介绍了中国科学院近代物理研究所的高能重离子微束辐照装置, 该装置成功地将总能量为1 GeV的C离子在大气中聚焦为1 μm×2 μm的微米束斑。 Beam of MeV ions from particle accelerators can be confined by collimators or focused by electrical/magnetic quadruples into micrometer size, and this microbeam can be used to obtain spatial information or radiation effect in solids and biological samples. This paper reviews the technical developments and the multi disciplinary applications of microbeam, including ion beam analysis, single event effect in semiconductor devices, proton beam writing and cellular response to targeted particle irradiations. Finally, the high energy heavy ion microbeam facility at the Institute of Modern Physics of Chinese Academy of Sciences is introduced, which has successfully focused 1 GeV Carbon ions into a beam spot of 1 μm×2 μm in air.     

软调制双散射质子治疗束流配送系统

质子治疗是一种新兴的放射治疗方法,它的主要优点是剂量分布特性优良,可以使高辐射剂量集中于肿瘤部位,减少对周围正常组织的损伤.这一优点的实现主要依靠束流配送系统,它包含质子能量调节与调制、束流扩展和准直等功能.现提出一种新的软调制双散射质子治疗束流配送系统.其特点是利用程序控制质子能量变化以改变质子在体内的射程从而展宽Bragg峰,同时利用两次散射获得较大面积的均匀照射野.它的优点是运行可靠、调节灵活,并特别有利于实现适形治疗.