300 MeV质子重离子加速器及电子器件单粒子效应试验研究

300 MeV质子重离子加速器主要用于模拟空间环境中高能粒子辐照,探索高能粒子与材料、器件以及生命体的相互作用机理。该加速器主要由离子源、直线加速器、注入线、同步加速器、引出线和3个实验终端组成。自2022年11月验收以来,该加速器已完成质子束、氦束、碳束、氪束、钽束、铋束、铀束等离子束的调试,相继开展了材料、电子器件、农作物种子、微生物、小鼠等样品的辐照试验,成为基础研究的实验平台。在基于该加速器的辐照试验平台中,开展了国产SiC功率MOSFET器件单粒子效应研究。300 MeV质子重离子加速器产生能量为1864.3 MeV的^(181)Ta^(31+)离子束,在经过钛窗和空气中传输后,达到SiC表面时LET值为80.7 MeV·cm^(2)·mg^(-1)。通过在SiC功率MOSFET器件漏极上施加不同偏置电压,对栅极和漏极泄漏电流检测分析,获取了在不同偏置条件下SiC MOSFET器件的漏电退化行为。

医用重离子加速器辐射水平分析及监测评价

为掌握我国自主研发的医用重离子加速器辐射水平,通过模拟计算给出瞬时辐射、气态流出物感生放射性源强,结合加速器大厅及治疗室辐射屏蔽设计,计算贯穿辐射及空气浸没外照射途径对工作人员和公众辐射所致剂量。根据医用重离子加速器运行后实际工况进行辐射环境监测,对所致工作人员和公众辐射剂量进行计算,工作人员最大年辐射剂量约为3.94×10^(-2)mSv,公众人员最大年辐射剂量约为8.53×10^(-7)mSv,模拟计算与实测结果相互印证,模型可用于辐射屏蔽设计的数据支撑。对加速器运行以来工作人员个人年累积剂量资料进行复核,工作人员及公众辐射剂量均满足剂量限值要求。

强流重离子加速器装置工艺循环冷水系统设计

介绍了该项目设计的背景及重离子加速器装置(HIAF)末端工艺设备的特性。针对HIAF末端工艺设备的冷却需求,确定了工艺循环水系统冷负荷,并对一次水系统、二次水系统及补水系统进行了设计,保证了HIAF长期、可靠、稳定地运行。分析了工艺循环水系统的设计要点及难点,为工艺制冷循环水系统的设计提供参考。

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。摘要：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7～25MeV／u同步加速到2001000MeV／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。

兰州重离子加速器冷却储存环脉冲开关电源

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL CSR)电源系统 ,对其中脉冲开关电源作了详细介绍。主要讨论了脉冲开关电源的工作原理 ,研制了一台样机 。

^(252)Cf源和重离子加速器对FPGA的单粒子效应

对10万门基于静态随机存储器的现场可编程门阵列(FPGA)分别在锎-252(252 Cf)源和HI-13串列加速器下进行了单粒子效应试验研究,测试了静态单粒子翻转截面及发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值,并对试验结果进行了等效性分析比较。试验结果表明:252 Cf源引起的FPGA单粒子翻转截面比重离子加速器引起的约低1个数量级;使用252 Cf源未能观测到该器件的单粒子闩锁现象,而使用重离子加速器可以测出该FPGA发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值;在现代集成电路的宇航辐射效应地面模拟单粒子效应试验中,252 Cf源不是理想的测试单粒子闩锁的辐射源。

强流重离子加速器装置电源预研及进展

介绍了强流重离子加速器装置(HIAF)磁铁励磁电源的需求,针对这些特殊需求进行了电源相关技术的预研,并介绍了样机研制最新进展。

兰州重离子加速器深层治癌束流线真空系统

重离子深层治癌束流线从兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)主环引出,利用能量为100MeV/u～430MeV/ u的碳离子束,开展治疗体内各种癌症的深层治癌研究。该束流线真空系统包括极高真空段、超高真空段和大气段,采用不同的真空获得方案和工艺路线,分别在极高真空段和超高真空段获得了8×10^(-10)Pa和1×10^(-6)Pa的真空度,并顺利实现了束流线的真空过渡,保证了HIRFL-CSR主环极高真空系统的安全运行;研制了适用于高频率扫描磁铁内放置的真空管道,消除了涡流对束流的影响;对隔离真空和大气的大尺寸膜窗材料进行了调研,选择高强度塑料膜(Hostaphan)和加强纤维膜(Kevlar)联合使用,既能让束流通过,又不会产生危害人体的中子,并能够有足够的强度抵御大气压力。该束流线真空系统的建成为重离子深层治癌的研究提供了良好的真空条件。

兰州重离子加速器细胞辐照装置

介绍了重离子加速器上专门设计的用于动物细胞研究的辐照装置。用聚碳酸酯薄膜蚀刻法研究了该装置的辐照均匀性。

兰州重离子加速器冷却储存环磁场测量系统

文章涉及兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)的磁场测量系统。对霍尔片点测量系统、积分长线圈测量系统和谐波线圈测量系统的构成、控制与获取系统,以及新建成设备和探头的结构特点、参数作了详细描述。本测磁系统的精度和重复性完全满足CSR大型高精度磁铁测量的需要,已经完成了对CSRm注入线所有二极磁铁和四极磁铁的测量,正在进行其它各类磁铁的测量。

兰州重离子加速器放射性次级束流线的改进与发展

介绍了兰州重离子加速器放射性次级束流线(RIBLL)投入运行以来的若干改进和发展。改进后的RIBLL的整体性能明显改善,提高了RIBLL分析放射性次级束流(RIB)的能力和精度,并使得RIBLL运行操作简便快捷、安全可靠。

兰州重离子加速器冷却储存环束流累积研究

对兰州重离子加速器冷却储存环加速器主体的主要功能环——主环的束流累积方法和设计进行了研究 .为了使主环对不同种类的重离子束流都具有较强的累积能力 ,在设计时考虑采用电子冷却参与下的两种束流累积方法 :多次多圈注入和射频堆积 .对这两种方法 ,电子冷却的冷却时间都是将束流累积到高流强的关键因素 .

兰州重离子加速器经济社会效益调研

大科学装置具有附加的经济社会效益。通过对兰州重离子医用加速器产业化及应用示范基地、武威重离子治疗示范中心暨荣华颐养院、武威重离子辐照诱变甜高粱种植基地的实地调研,分析得出:兰州重离子加速器在实现重要的科学目标的同时,以重离子医用加速器产业和甜高粱种植产业等新兴产业驱动西部地区的经济发展与转型,以医疗、教育和人才培养方面的贡献带动西部地区的社会发展。兰州重离子加速器已经初步形成了以重离子医用加速器产业和甜高粱产业为代表的新兴产业链,形成经济发展的新增长极,在优化西部地区产业结构、促进区域经济和社会可持续发展方面发挥出强大的辐射效应。

从单粒子效应的地面模拟评价兰州重离子加速器

宇航器件的单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一，利用加速器的地面模拟是研究单粒子效应的主要手段。从单粒子效应模拟研究对加速器的基本要求出发，论证了兰州重离子加速器在单粒子效应研究中的重要地位。

重离子加速器磁铁电源控制系统研制

重离子加速器通过一定周期的磁场对带电粒子进行约束,磁铁电源是产生所需磁场的关键部件,因此,要求磁铁电源控制系统具备高效性、稳定性、精确性。磁铁电源需按加速器运行周期进行响应运行。重离子加速器磁铁电源的时序必须严格按重离子加速器控制系统的控制时序进行控制。本工作研制了重离子加速器磁铁电源控制系统,通过磁铁电源控制器与同步时钟系统的通信进行控制时序的运行;通过与中央数据库的数据通信获取磁铁电源控制器所需的全部数据(如同步事例数据、波形数据等)。同步时钟信号一旦触发,磁铁电源控制器进行相应的数据获取并进行插值运算输出至磁铁电源进行控制。重离子加速器磁铁电源控制系统同步精度为1μs,实验平台测试控制器平台纹波精度为100ppm,能满足重离子加速器实验运行的要求。

兰州重离子加速器高频相位稳定环路的设计与实验

介绍兰州重离子加速器高频相位稳定环路的设计与实验。对高频等效相位稳定模拟环路的实验和在１．５ｍ回旋加速器上进行的相位稳定环路的实验结果证明：环路设计正确、合理，各项主要技术指标达到了法国ＧＡＮＩＬ的水平。

兰州重离子加速器辐照终端与快重离子辐照效应研究

介绍了兰州重离子加速器辐照终端的基本概况，并就可能开展的研究项目提出了建议。

兰州重离子加速器工作区域36路剂量监测数据获取系统

介绍兰州重离子加速器工作区域辐射环境的剂量监测数据获取系统，该系统具有３６路数据获取功能，可同时满足１８个监测点的中子、γ数据测量，实现了数据多点采集、自动同时获取和实时在线分析。对数据采集、数据存储、声光报警、剂量安全联锁及数据测量结果等进行了详细介绍。

复合泵在医用重离子加速器上的应用研究

同步加速器是医用重离子加速器的主加速部件。考虑到其设计空间紧凑的特点及其真空系统的设计要求,采用将非蒸散型吸气剂泵(NEG)组件嵌入国产溅射离子泵(SIP)空腔内组成的复合泵作为真空系统的主泵。本文测试了复合泵的抽气性能,测试并估算了复合泵的H2饱和容量和再生周期,计算了同步加速器真空系统的压力分布。测试及计算结果表明:相比于SIP,复合泵对N2的抽速提高了20%,对H2的抽速提高了70%～100%,且具有更高的极限真空度,其再生周期为2年,压力分布能够满足同步加速器真空系统的设计要求。

兰州重离子加速器前束线真空系统改造

介绍了兰州重离子加速器 (HIRFL)前束线真空系统的基本结构 ,给出了HIRFL前束线真空系统改造前的流导、气体负荷及压力分布情况。提出了具体的改造方案。使真空系统达到了设计要求 :泵口压力小于 5× 10 -6Pa ,两泵中心平面压力小于 1× 10 -5Pa。