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。     

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。     

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)地面实验进展

锦屏深地核天体物理(JUNA)实验项目将利用中国锦屏深地实验室(CJPL)的良好条件,在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}},{\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$、$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}},\alpha)^{16}{\rm{O}}$、$^{13}{\rm{C}}(\alpha, {\rm{n}})^{16}{\rm{O}}$和$^{12}{\rm{C}}(\alpha,{\rm{\gamma}})^{16}{\rm{O}}$的直接测量,为理解恒星演化和元素起源提供新的数据。目前,已经在地面上对加速器装置、束流稳定性、靶、探测器以及电子学进行了系统的测试。地面实验内容包括高纯锗探测器效率刻度,$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}}, {\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$在304 keV的共振强度测量,$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}}, \alpha)^{16}{\rm{O}}$的截面测量,聚乙烯作为慢化体的中子探测器的设计、加工和效率刻度,靶的设计和稳定性检测等。JUNA项目整体进展顺利,地面实验已取得一系列关键进展和初步成果。在不远的将来,JUNA项目将有序开展地下实验,完成设定目标,也将促进更广泛的国际合作,助力于天体演化中的若干重大科学问题的解决。     

加速器束流测量中的数字系统设计

加速器柬流测量系统中的数字技术主要是处理安装在真空管道里的探测器感应出的束流电信号,这个电信号包含丰富的束流信息,如柬流位置,工作点,束团长度等,所以采用一套数字化平台,经过不同的软件分析,就可得到许多的加速器束流参数.本论文为建立这样一套数字化平台做了一些尝试,设计了高速高精度采样处理系?它采用软件无线技术,包含独立的四通道高速中频采样处理电路.本系统已经在HLS上采用频率谐波法测量了束团长度,另外在实验室配以RF前端模块模拟了BPM测量.达到了预先的设计目标.最后提出了对系统的改进,可以采用Ethernet代替VME总线,在500MHz直接采样,及使用FPGA来实现DDC,SP,IFO,thernet等功能,这些将是下一步设计目标,最终实现.商业化产品的目的.     

加速器束流测量中的数字系统设计

加速器束流测量系统中的数字技术主要是处理安装在真空管道里的探测器感应出的束流电信号, 这个电信号包含丰富的束流信息, 如束流位置, 工作点, 束团长度等, 所以采用一套数字化平台, 经过不同的软件分析, 就可得到许多的加速器束流参数. 本论文为建立这样一套数字化平台做了一些尝试, 设计了高速高精度采样处理系统, 它采用软件无线技术, 包含独立的四通道高速中频采样处理电路. 本系统已经在HLS上采用频率谐波法测量了束团长度, 另外在实验室配以RF前端模块模拟了BPM测量. 达到了预先的设计目标. 最后提出了对系统的改进, 可以采用Ethernet代替VME总线, 在500MHz直接采样, 及使用FPGA来实现DDC, DSP, FIFO, Ethernet等功能, 这些将是下一步设计目标, 最终实现商业化产品的目的.     

低能、强流质子圆形加速器共振现象的模型研究

详细讨论了低能强流质子圆形加速器中质子穿越整数及半整数共振点的现象.通过对注入能量为1MeV,加速电压分别为1kV和2kV时的模拟计算,确定了束流安全穿越整数及半整数共振点对二极铁和四极铁加工误差的要求.     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

 针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

NFTHz加速器束流横向截面尺寸测量系统研制

针对太赫兹直线加速器,开发了基于EPICS分布式系统的横向截面尺寸测量系统。该系统采用束斑检测器完成束斑到光斑的转换,并通过远心镜头将光斑成像到CCD相机,完成对光斑图像的采集,之后基于ADAravis将相机采集的图像数据汇入到EPICS数据库。由于暗电流以及环境辐射的影响,在采集到的图像中会存在椒盐噪声,因此使用卷积神经网络（CNN）对图像中的椒盐噪声进行抑制,最后对图像进行高斯拟合计算出束流截面尺寸。实验结果表明,CNN可以有效地消除椒盐噪声,并且系统的分辨率达到15.8μm,满足系统设计要求。     

PET回旋加速器内部束流测量探头热分析

基于时域有限差分法（FDTD）对PET回旋加速器内部束流测量探头的热传导过程进行了数值模拟。定义了运动和固定两种探头测量模式,在辐射散热的条件下,分别研究了3种探头材料（铜、钽、钨）在两种模式下的表面最高温度和尾部温度随功率加载时间的变化。研究表明：运动模式下,3种探头材料没有明显的优劣,探头速度选为10 mm/s较为合适;固定模式下,由于铜材料具有高黑度、高热导率的优点,是设计探头的最佳材料。     

低能宽幅电子束引出特性研究

研究了能量在100到300 keV区间的低能宽幅电子束从真空引出到空气中的特性。利用EGS5程序模拟了电子束穿过不同厚度钛箔后,在空气中距离钛箔5~10 cm距离处的能量损失、束流损失和束流分布均匀性等。模拟结果显示,对于低能电子,钛箔厚度应该在10 μm左右为宜,其透射率与能量直接相关,在距离钛箔5 cm的位置,电子束的分布不均匀度低于±2%,优于工业应用±10%的标准（特殊情况下要求为5%）,完全满足工业辐照要求。In order to investigate the characteristics of extracting low-energy electron beam from vacuum into air, EGS5 is used to simulate the energy loss, beam loss and spatial distribution uniformity at the irradiation position, which is 5~10 cm to titanium foil with different thickness. The simulation results show that the transmittance is directly related to the incent energy of low-energy electron. When the titanium foil thickness is 10 μm, the inhomogeneity about the energy beam spatial distribution is below 5% on the treatment plane 5 cm away from the titanium foil. And totally meet the industrial needs.     

低能强流质子束空间电荷补偿度研究(英文)

对于低能强流离子束来说,空间电荷效应的存在将导致束流发散、发射度增加等一系列问题,从而降低束流品质。幸运的是,当束流由离子源引出通过低能传输线时会与其中的剩余气体发生电离反应,产生二次电子与二次离子;二次电子在束流自身产生的电场作用下,在束流中积累并中和部分空间电荷,达到抑制空间电荷效应的效果。为了测量空间电荷中和程度,中国科学院近代物理研究所研制了一台三栅网式能量分析仪用以测量电离过程中产生的二次离子能量来间接计算空间电荷中和度。实验结果表明,对于40 keV, 18.5 mA的质子束,真空度为1.510*3 Pa 时得到最佳补偿度;真空度一定的情况下,空间电荷补偿度随束流流强增加而变大。For high-intensity low-energy ion beams, space charge effect is a main cause of beam divergence  and emittance growth. Fortunately, residual gas molecules in the drift space tend to be ionized and neutralize the beam space charge spontaneously. The level of Space Charge Neutralization (SCN)is measured through the detection of created secondary ion energy distribution in the beam region. A so-called non-interceptive Three-grid Energy Analyzer (TEA) has been designed and manufactured at Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP). This paper will present the detailsof the TEA detector and the application to diagnose proton beam SCN level in the Low Energy Beam Transport (LEBT) line. As a preliminary result, for an 18.5 mA proton beam a best compensating point appears at the vacuum pressure of 1.510*3 Pa. And the neutralization level is advanced with thegrowth of beam current in a constant vacuum pressure.     

RFQ加速器束流接受度的计算

基于RFQ加速器中束流横向运动方程描述了一种计算其入口处束流接受度的方法.针对特定结构参数的四翼型RFQ加速器,给出了计算结果为:加速质子束时的系统接受度在x-x′平面为0.0153cm·rad,在y-y′平面为0.0114cm·rad.此方法也适用于求解其它已知结构、使用射频场加速、线性横向电场的加速器的接受度.     

神龙一号加速器束参数测量

文章全面介绍了在神龙一号直线感应加速器的研制过程中, 发展的一系列束参数测量手段. 光测方面, 介绍了利用光学渡越辐射和切伦柯夫辐射测量束剖面、发射度、能散度的工作; 电测方面, 介绍了利用电阻环、磁探针、纽扣电极方法测量束位置和强度, 以及利用返磁回路方法测量束流均方根半径的工作. 这些工作极大地提高了束流测量的水平.     

束流逐圈位置测量在BEPC储存环上的初步应用

介绍了利用合肥同步辐射光源(HLS)的逐束团位置测量系统在北京正负电子对撞机(BEPC)上进行的逐圈位置测量实验. 在不同条件下对束流进行逐圈位置测量, 得到束流的相运动图像并观测了阻尼效应. 利用基频数值分析(NAFF)方法对逐圈位置数据分析得到高精度的束流频谱, 可以由此研究各种效应引起的工作点漂移. 实验中观测到特定工作点下由色品校正六极子引起的束流共振现象, 并对此作了合理解释.     

束测误差对阻尼系统的影响

讨论了束测误差对阻尼系统工作状况的影响．结果表明，束测误差将减低阻尼效果，增大为达到一定的阻尼速度所需阻尼系统功率，并导致闭轨畸变．给出了计算有关效应的公式．     

高斯光束对标准硅球直径测量的影响分析

针对高精度硅球直径测量系统的特点,分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉,以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉,对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟.对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究,给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm,z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%.     

连续振动悬臂梁的瞬时三维形貌测量

提出一种连续振动悬臂梁瞬时三维形貌的测量方法。利用影栅云纹法在连续振动悬臂梁表面产生包含有三维形貌信息的云纹,采用准直双光源提高亮度,通过高速摄相机获取随时间变化的一系列变形条纹,利用傅里叶变换方法对序列图像进行处理,采用补零延拓法对数据进行处理,以减小频谱泄漏所引起的相位计算误差。将相位解包裹方法用于动态过程瞬时三维相位场的相位展开中,重建了悬臂梁的瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。     

100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究

质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础,可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高,特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中,利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法,对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明,对光子剂量响应好的LiF(Mg,Ti)热释光探测器,对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系,可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内,加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%,在线剂量测量系统准确性好于93%,束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求,可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。