兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。     

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。     

分离扇回旋加速器的等时场在线优化

针对兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的分离扇回旋加速器（SSC）的等时场优化问题,依托HIRFL-CSR的主数据库系统Oracle,设计了系统控制界面,该界面不仅能够读取和给定电源电流值,而且能够实时更新束流相位信息。根据束流相位的实时数据,利用Kb-Kr方法以及Lagrange插值算法建立的等时场,实现了对SSC束流等时场的在线优化。优化后的等时场可以有效控制束流相位的漂移,提高束流品质。     

HIRFL–CSR加速器中束流与真空中剩余气体的碰撞损失

研究了重离子加速器中束流与真空中剩余气体的碰撞损失过程和碰撞截面,在依据大量实验数据的基础上,提出了一组计算离子一原子的电荷交换截面的经验公式.以兰州重离子加速器HDRFL及冷却储存环CSR为例,给出了依据碰撞截面的公式计算束流在加速器真空中的传输效率的方法,并计算了在不同真空度下HIRFL的ECR源轴向注入束运线、注入器SFC、前束运线、主加速器SSC和后束运线等不同加速阶段及CSR的传输效率,并提出合理的真空度要求.HIRFL的真空分布测量和束流的损失测量证明了该计算方法的可靠性.     

HIRFL-CSRE 脉冲堆积式高频数字低电平系统

为突破传统束流堆积方式瓶颈、提高重离子流强,兰州重离子加速器冷却储存实验环（HIRFL-CSRe）将采用移动式脉冲堆积方案（Moving Barrier Bucket）。该方案要求高频系统能产生高精度的单正弦电压,然而由于Barrier Bucket（BB）电压的宽带特性以及高频系统的非线性,高频腔内的BB电压存在着严重的失真问题。针对此问题,在全面分析了BB电压波形特性以及高频系统的频率响应的基础上,设计了BB电压预失真前馈控制方案,并详细描述了该方案的原理、仿真、软硬件设计以及实际测试结果。研究成果将应用于HIRFL-CSRe的BB束流堆积实验以及十二五强流重离子加速器（HIAF）的BB堆积模式。     

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。     

基于EPICS的CSRe束流诊断控制系统升级

兰州重离子加速器(HIRFL)冷却存储环的实验环（CSRe）提供高品质的束流用于高精度的质量测量、原子物理等实验研究,实现束流参数的准确测量是进行物理实验的前提保障。目前,CSRe加速器控制系统已升级为EPICS架构。介绍了基于EPICS的束流诊断控制系统现状,并利用升级后的控制系统测量了束流相关参数。其中,束流位置系统能够测量注入束流的逐圈位置信息,测量结果发现束流在注入过程中存在一定程度的震荡,影响注入效率。流强测量系统通过高分辨的数据采集卡实现对DCCT信号的精确测量,同时增加了D事例触发功能。升级后的控制系统,可以实现束流参数的测量,并集成于加速器控制系统的EPICS CSS界面。     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

超长周期慢引出主环磁铁电源控制系统设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）超长周期慢引出主环（CSRm）磁铁电源控制系统的设计。该系统采用基于高速以太网的分布式控制系统,选用了ARM+DSP结构的前端智能控制器,对整个运行周期的控制采用了分段处理的机制,解决了波形数据量过大而无法在前端控制器进行全波形存储的问题。该系统已经在加速器冷却储存环中通过了调试,满足了物理实验的要求。     

HIRFL-CSR commissioning in 2006 and 2007

HIRFL-CSR, a new heavy ion cooler-storage-ring system at IMP, had been in commissioning since the beginning of 2006. In the two years of 2006 and 2007 the CSR commissioning was finished, including the stripping injection (STI), electron-cooling with hollow electron beam, C-beam stacking with the combination of STI and e-cooling, the wide energy-range synchrotron ramping from 7 MeV/u to 1000 MeV/u by changing the RF harmonic-number at mid-energy, the multiple multi-turn injection (MMI), the beam accumulation with MMI and e-cooling for heavy-ion beams of Ar, Kr and Xe, the fast extraction from CSRm and single-turn injection to CSRe, beam stacking in CSRe and the RIBs mass-spectrometer test with the isochronous mode in CSRe by using the time-of-flight method.     

初步的IMP重离子治疗计划系统

中国科学院近代物理研究所基于兰州重离子研究装置(HIRFL/HIRFL-CSR),在被动型束流配送系统下采用二维分层适形照射治疗技术开展重离子治癌临床试验研究。为了更好地利用重离子束在肿瘤放射治疗中的生物物理优势并保障重离子临床治疗试验的顺利实施,一个初级版本的重离子治疗计划系统已经设计完成。此计划系统是针对被动型束流配送系统下的二维分层适形照射治疗方式来进行设计的。介绍了此系统的设计框架、可提供的功能以及利用宽束算法进行剂量计算在此系统中的实现。通过人体仿真体模实验证实由该治疗计划系统给出的靶区计划剂量与实测剂量的偏差在5%之内。最后讨论了设计较为完备的重离子治疗计划系统仍需解决的问题。     

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.     

HIRFL-CSR commissioning in 2006 and 2007

HIRFL-CSR, a new heavy ion cooler-storage-ring system at IMP, had been in commissioning since the beginning of 2006. In the two years of 2006 and 2007 the CSR commissioning was finished, including the stripping injection (STI), electron-cooling with hollow electron beam, C-beam stacking with the combination of STI and e-cooling, the wide energy-range synchrotron ramping from 7 MeV/u to 1000 MeV/u by changing the RF harmonic-number at mid-energy, the multiple multi-turn injection (MMI), the beam accumulation with MMI and e-cooling for heavy-ion beams of Ar, Kr and Xe, the fast extraction from CSRm and single-turn injection to CSRe, beam stacking in CSRe and the RIBs mass-spectrometer test with the isochronous mode in CSRe by using the time-of-flight method.     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态,讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势,提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及在兰州重离子研究装置（ＨＩＲＦＬ）拟建的冷却储存环（ＣＳＲ）上建立治疗实验室的初步考虑． Historical background and trends at home and abroad for radiation therapy arelooked back in the paper. The advantages of heavy ion beam in comparision with conventional radiation in tumour treatment are discussed. The main parameters of heavy ion beams fortherapy application and a tentative idea constructing treatment rooms at Cooling StorageRing(CSR) of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) are proposed.     

New Beam Distribution System

With construction of CSR and acceleration of proton at HIRFL, the existing beam handling system can not meet the requirements of nuclear physics experiments for more and more beam time. For this reason, a new beam distribution system based on time is being constructed. The new system not only deliuers beams to the new terminals for reaser-ch program of proton and heavy ion therapies, single particle effects of spaceflight electronics components and irradiration effecs of living things, but also can provide beams for CSR when physics experiments are done on the experimental terminals with the beam from both SFC and SSC. The layout, performance and beam optics calculations of the new distribution system are presented.     

重离子碰撞中的介子——兰州重离子冷却储存环上可能实验的讨论

讨论了在兰州重离子加速装置冷却储存环上开展介子产生的实验研究的可能性和进行π和η介子产生研究的意义在 ＣＳＲ能量区域内, 核子可以激发为Δ和 Ｎ,因此, 在研究热密核物质的状态方程时, 考虑Δ和Ｎ自由度是重要的． 观察重离子碰撞中产生的介子可以提供热密核物质的状态方程, 从而可以提供核内物质分布以及 Ｎ在核物质中传播的信息． 建议建造一个测量介子的实验装置, 以开展该领域的研究.The possibilities for experimental study of meson production at Cooling Storage Ring (CSR) of Lanzhou are discussed. It is shown that the study of production of the pion and eta mesons at CSR is of significance. Nucleon can be excited to Δ and N * at CSR energy region. Therefore, it is important to consider the degree of Δ and N * in the study of the equation of states of hot and dense matter. The produced mesons in heavy ion collisions can provide information on...     

HIRFL新的束流分配系统

随着CSR的建成和兰州重粒子加速系统(HIRFL)实现质子加速,HIRFL现有的束流传输系统已不能满足越来越多的物理实验对供束时间的要求,为此,对原有的HIRFL的束流输运系统进行了分时供束改造,新的束流分配系统可以在给CSR供束和不供束两种情况下,同时使用SFC和SSC的束流在多个实验终端进行物理实验,介绍了新设计的HIRFL束流分配系统的布局和束流光学计算结果.     

重离子物理和交叉学科研究及CSR工程进展

综述了近年来中国科学院近代物理研究所在新核素合成研究、同位旋效应研究、高自旋态性质研究及交叉学科研究方面取得的进展, 简述了国家重大科学工程——兰州重离子加速器,冷却储存环(CSR)的主要设计改进、建设内容以及近期各系统的建设进展.