MeV氢微团簇离子与固体介质的电荷交换

利用静电加速器提供的0.6—1.8MeV的H⁺，H⁺₂，H⁺₃离子，轰击不同厚度的碳膜，分别测量这些离子通过碳膜后各种产物的产额. 得到了不同能量的H⁺通过碳膜后中性原子H和负离子H^-的产额随入射质子速度的变化关系；分别得到能量为1.2MeV,1.8MeV的H⁺₂，H⁺₃团簇离子通过不同厚度碳膜的透射产额及其与团簇离子在碳膜中驻留时间的关系；对结果进行了理论分析与讨论. 关键词： 团簇离子 电荷交换     

射频离子源离子束成分光谱测量

为HL-2A 装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW 的射频离子源。在测试平台上,实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35keV 和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms 的氢离子束,达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上,利用多普勒频移光谱方法测量了离子源引出束流成分比例,对比了束流成分和射频离子源引出束流之间的关系。实验数据分析表明,在10A 引出束流的情况下,离子流成分 H⁺ ₁、H⁺ ₂ 和H⁺ ₃ 分别为75%、18%和7%。并且当引出束流从3.3A 升至10.4A 时,H⁺ ₁ 从37%升至78%,而H⁺ ₃ 则从19%降至9%。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ束测系统（英）

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ,包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔,注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要,注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量,以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。     

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。     

100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA, 并计划提供脉冲束流. 轴向注入系统设计有两条注入线, 即1#和2#注入线. 1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度, 横向聚焦均采用磁元件; 2#注入线的设计目的主要是提供一定流强的脉冲化束流,由于脉冲化负氢束的中性化过程难以建立, 因此, 横向聚焦元件均为静电元件. 两条线合理的结构设计使得注入系统可方便切换运行模式. 采用包含空间电荷力的光学计算程序, 匹配不同中性化程度的注入束流光学特性, 匹配工作的重点在于高达40°的高频相位接收度. 从离子源出口到粒子加速前15圈的连续匹配计算结果表明: 所设计的注入系统可有效地控制束流包络, 减少束流损失; 中心区高的高频接收度使设计的100MeV质子回旋加速器具有加速强流负氢束的能力.     

30 keV H+在聚碳酸酯微孔膜中动态输运过程的实验和理论研究

测量了30 keV的H⁺入射倾斜角度为-1°和-2°的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子二维分布图、角度分布、相对穿透率以及出射H⁺电荷态纯度随沉积电荷的演化.实验中30 keV的H⁺在微孔膜中输运特性与之前其他能区离子在微孔膜中输运特性有显著不同,实验中直接观测到出射粒子导向部分和散射部分的动态演化过程,出射的H⁺由沿微孔孔轴方向的导向H⁺和沿入射束流方向的散射H⁺两部分组成,随着微孔内电荷斑的沉积,出射的导向H⁺的占比不断减小,出射散射H⁺占比不断增加;出射H⁰占总出射粒子的比例不断减小,其中心方向逐步向入射束流方向偏转.微孔膜处于不同倾斜角度时,微孔内沉积电荷斑的位置和电场强度是不同的.同时模拟计算了入射H⁺在微孔内部的运动轨迹、微孔内部电荷斑电势和场强分布,实验结果和理论结果得到了很好的验证.对出射离子导向部分和散射部分的动态演化过程的观测和理论解释,使得对中能区离子在微孔膜中输运机制有更好的认识.     

SESRI 300 MeV同步加速器注入线的传输效率与接受效率

为了完成SESRI300MeV同步加速器的束流调试,使用Tracewin软件和加速腔电磁场分布文件建立了该加速器注入线从离子源出口到注入点的全尺寸模型,在多粒子模式下计算了两种典型粒子束(质子、²⁰⁹Bi³²⁺)在不同状态下的加速传输,得到了注入线上束流相空间的变化过程和注入线的传输效率与接受效率.研究结果表明,300 MeV同步加速器注入线在加速不同荷质比的离子束流时,电磁场参数设置基本与荷质比成反比.束流的接受效率主要由射频四极加速腔出口发射度决定,质子束和重离子束的接受效率差别较大.在射频四极加速腔出口发射度为0.1πmm·mrad时,²⁰⁹Bi³²⁺束接收效率达到92.13%,质子束的接收效率为68.18%.分析束流传输过程表明,当横向发射度过大时,束流会因为纵向能散展宽和相位展宽而无法被最终接受.在现有配置下,质子束存在横向聚焦力不够、接受效率较低的问题.通过额外增加2个四极铁能够将质子束的接受效率由68.18%提升至83.61%.     

氦氢离子协同注入对锆膜形貌及物相结构的影响

采用磁控溅射法制备了Zr-Mo膜,随后在低能静电加速器上分别采用剂量为2.80×10¹⁷～1.12×10¹⁸ions·cm^-2的He⁺、H⁺离子辐照Zr-Mo膜,利用光学透镜、扫描电镜、原子力显微镜和X射线衍射研究He⁺、H⁺离子协同注入效应对Zr-Mo膜微观结构的影响。实验结果表明:原始Zr-Mo膜表层晶粒清晰可见,尺寸约为200nm;辐照效应可导致Zr-Mo膜表层产生微观损伤区域,在注He⁺基础上注H⁺导致Zr-Mo膜出现更为严重的损伤现象;离子注入的表面溅射效应可使膜面晶粒边界逐渐刻蚀退让,导致膜面更加光滑、细致;He⁺、H⁺离子协同注入可使Zr-Mo膜晶格发生畸变,注入期间未使Zr-Mo膜发生吸H相变生成氢化物。     

质子注入MBE碲镉汞n-on-p结性能研究

基于中波响应波段的分子束外延碲镉汞薄膜材料成功制备出不同质子注入剂量的大光敏元(5 00μm×500μm)的n-on-p结构的p-n结，并对相应的p-n结的电流-电压（I-V）特性进行 了研究.质子注入剂量为2×10¹⁵cm^-2时R₀A达312.5Ω ·cm²，低温热处理后达490Ω·cm². 关键词： I-V特性 碲镉汞薄膜 质子注入 p-n结     

EicC束流冷却方案设计与模拟

对核子内部结构的研究是当前理论和实验研究的重要前沿,高能散射实验是探索核子结构的理想工具。中国科学院近代物理研究所计划在已开建的强流重离子加速器项目(HIAF)的基础上,升级建造中国极化电子离子对撞机(EicC)。EicC将提供质心系能量为15～20 GeV的电子和质子双极化束流,对撞亮度设计指标为2×10³³ cm^-2s^-1,离子束的有效冷却是EicC实现亮度目标的关键。针对离子束流初始发射度大、能量高、流强强的特点,EicC采用两级束流冷却方案,首先在增强器(BRing)中利用常规直流电子冷却器降低离子束流发射度,其次在对撞环(pRing)中采用基于能量回收型直线加速器(ERL)的高能束团冷却系统,抑制对撞过程中的离子束发射度增长。以质子束为例,模拟研究了EicC束流冷却装置中电子束的尺寸、温度、冷却段的磁场和束流光学参数对冷却速率和冷却过程的影响,最终得到了满足亮度要求的束流冷却参数。     

高能质子束流强度绝对测量的二次电子补偿原理研究

高能质子入射到金属接收体表面诱发的二次电子直接影响束流强度的测量精度,如何消除二次电子影响是实现束流高精度测量的关键.根据高能带电粒子在金属表面诱发二次电子发射理论,对高能质子束流强度测量的二次电子补偿原理进行了研究,设计了二次电子补偿结构.采用三块金属极板构成的实验装置在高能质子源上开展实验研究,实验测得在中间极板上输出的电流与入射质子束流强度的比值小于0.7%,中间极板上二次电子得到补偿,验证了二次电子补偿原理的正确性.研究表明,采用设计的二次电子补偿结构对高能质子束流强度进行测量时二次电子贡献小于1%.     

A fast emittance measurement unit for high intensity DC beam

A combined unit, which has the ability to measure the current and emittance of the high intensity direct current(DC)ion beam, is developed at Peking University(PKU). It is a multi-slit single-wire(MSSW)-type beam emittance meter combined with a water-cooled Faraday Cup, named high intensity beam emittance measurement unit-6(HIBEMU-6). It takes about 15 seconds to complete one measurement of the beam current and its emittance. The emittance of a 50-mA@50-kV DC proton beam is measured.     

Foil with current as a polarized-neutron-beam chopper

The possibility of application of a foil with an electric current to modulate a beam of polarized neutrons to measure their spectrum is discussed. The experimental results of this application are presented for the measurement of spectra with various wavelength distributions of neutrons. The advantages of this chopper are noted.     

Feasibility of high power refractory metal-foil targets for EURISOL

EURISOL foil-targets have to withstand a primary proton beam of 1 GeV kinetic energy and up to 100 μA beam current. These foil targets will be based on previous high-power target concepts, i.e. the RIST target [J.R.J. Bennett et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 126, 117 (1997)] or high power targets used at TRIUMF [P. Bricault et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 204, 319 (2003), M. Dombsky et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 204, 191 (2003)]. A single target unit is capable of dissipating up to 25 kW, hence, several target units can be merged together by individual transfer lines to one common ion source. The single target units will be irradiated by a proton beam in a time sharing mode to distribute the primary proton beam current to the individual target units. In this feasibility study the necessary properties of high-power foil targets are discussed and the requirements to design a foil target according to the proton beam parameters [CITE] for the future EURISOL facility are given.     

粒子束团状态对测量束流发射度及能量的影响

为了验证国产质子注入器的参数是否满足需求,注入器团队设计了束流测量系统用于测量国产质子直线注入器束流的流强、发射度、能量以及能散等关键指标。此测量系统包含了采用变聚焦法测量发散度、采用分析磁铁测量束流能量和能散的主要功能。利用束流输运线设计软件Tracewin(版本2.11.4.1)进行了系统束线的物理设计,对束测系统测量质子束流的发散度和能量的精度进行了模拟计算。由于经过RFQ-(APF)DTL加速后的粒子束团为“拖尾”的非理想粒子束团,需要针对非理想束团对束测系统测量发射度和能量产生的影响进行分析。通过对模拟计算结果的分析,发现相对于测量理想粒子束团的结果非理想粒子束团对束测系统测量发射度精度影响较大;非理想粒子束团对束测系统测量能量精度影响较小。     

光学渡越辐射理论及其在直线感应加速器脉冲电子束诊断中的应用

匀速运动的带电粒子在穿过具有不同介电常数的两种媒质界面时要产生所谓光学渡越辐射。该辐射在粒子的入射平面上呈偏振行为;从辐射强度的角分布可以确定入射粒子的能量。在入射到双膜系统的情况下,由于干涉的发生,在第二膜前表面的强度角分布有振荡行为。利用这些现象,可对脉冲电子束包络半径、束电流密度的横向分布,束能量以及横向散角进行测量,依照这一原理在各LIA加速器上进行的脉冲电子束参数测量,获得的有效数据极大地提高了加速器的调试效率。     

Proton radiography of magnetic field in laser produced plasma

Electromagnetic fields generated by the interaction with plasmas of long-pulse laser beams relevant to inertial confinement fusion have been measure. A proton beam generated by the interaction of an ultraintense laser with a thin metallic foil is used to probe the B-fields. The proton beam then generated is temporally short (of the order of a ps), highly laminar and hence equivalent to a virtual point which makes it an ideal source for radiography. We have investigated, using face-on radiography, B fields at intensity around 10¹⁴ W/cm² due to the non colinearity of temperature and density gradients.     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10 MeV质子穿过10 m厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

强流短脉冲电子束束剖面的时间分辨测量

 介绍了一套基于切伦科夫辐射的、用于强流短脉冲电子束束剖面测量的装置。装置利用扫描相机记录背面打毛的石英玻璃薄片中产生的切伦科夫光信号。使用该装置，在中国工程物理研究院流体物理研究所的2MeV注入器上进行了切伦科夫光的验证实验和时间分辨的束剖面测量实验。分析表明，测量系统的时间分辨率和空间分辨率分别为1.75ns和0.74mm。