兰州重离子冷却储存环工程

兰州重离子加速器冷却储存环是兰州重离子研究装置的后续工程 .它的建造目的是将重离子束的能量提高到 1 Ge V/u附近 ,同时利用储存环电子冷却技术将束流品质提高一个数量级 ,并提供更多种类的重离子束 ,以开展更广范围和更高精度的物理实验 .兰州重离子加速器冷却储存环是一个双储存环系统 ,由一个主环和一个实验环构成 .对其总体布局、总体参数、主要功能进行了介绍 .

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。

千兆电子伏重离子加速器——兰州冷却储存环

能量达千兆电子伏的兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL—CSR，是一个集加速、累积、电子冷却及内外靶实验于一体的多功能双冷却储存环同步加速器系统，由主环CSRm和实验环CSRe构成，并以兰州重离子回旋加速器系统HIRFL作注入器。CSR将重离子束的能量从兆电子伏提高到千兆电子伏，同时利用空心电子束冷却技术将束流的动量分散及发射度降低1～2个数量级，并提供多种类的高电荷态重离子束以及放射性次级束（RIBs），以开展更高精度的物理实验及更广范围的应用研究。兰州冷却储存环于2006年建成并投入运行，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的产生与收集以及重离子束的快慢引出，并实现了高能重离子束的空心电子束冷却，使得重离子束的动量分散降低到10^-5量级，而发射度收缩到0．1πmm·mrad以下。同时，完成了短寿命近滴线核素的高分辨质量测量物理实验及高能重离子束深层治癌的临床应用实验。

SFC引出磁通道

在原有的ＨＩＲＦＬＳＦＣ引出系统基础上，设计了两个无线圈磁通道。一个通道将ＳＦＣ边缘场改变成正梯度的线性分布场，使引出束流在径向聚焦；另一个通道屏蔽一部分边缘场，使引出束向大半径方向偏转；此外，还设计了１２０°对称的假磁通道，以平衡磁通道给ＳＦＣ带来的一次谐波扰动场。实际的测磁结果表明，磁通道达到了设计的理论要求。此设计完善了ＳＦＣ束流引出系统。

HIRFL电荷剥离器后切束线物理设计

介绍了ＨＩＲＦＬ切束线的束流动力学设计思想。在此设计中，ＨＩＲＦＬ剥离器后被废弃的多余电荷态束流被一特殊的切割磁铁从主束运线上切割出来，经过一定的动力学制备，有效地传送到一个小实验区，为同时使用ＨＩＲＦＬ的ＳＳＣ中能束流和ＳＦＣ低能束流进行两种物理实验提供了可能性。此设计为切束线工程建设提供了确切的理论依据。

甘肃省核技术应用产业可持续发展战略研究

甘肃省是全国核工业建设早、规模大的省份之一,在发展核技术应用产业方向有着良好的工业基础和科研优势,在国家核产业二次战略布局中优势突出。从现状来看,甘肃具有政策优势、区域优势、资源优势等发展基础,也存在体制僵硬、市场冲击、人才流失等多种制约因素,这些因素严重阻碍了甘肃省核产业的高质量发展。如何扬长补短、抓住机遇,实现甘肃核技术应用产业高水平、高质量、可持续发展成为亟待解决的问题。本研究在实地调研的基础上,系统梳理甘肃省核技术发展的优势和瓶颈,凝练出甘肃核技术应用产业可持续发展的战略路线,为制定甘肃省核技术及产业可持续发展规划,推动甘肃省从核大省到核强省的转变提供参考依据。

加速器束流传输的三阶象差与人工智能

K. L. Brown的束流传输理论是一个指导加速器束流传输系统设计的一阶及二阶矩阵近似理论,忽略了三阶及三阶以上的象差。最近我国发展了一个新方法,给出普遍的带电粒子光学系统任意阶象差系数的解析公式,适用于任意粒子光学系统,比如加速器、电子显微镜、集成电路暴光设备等。这个新方法,将Brown的束流传输理论扩展到三阶象差效应,并且借助于一个在IBM-PC286或386计算机上实现的Turbo-Prolog人工智能程序自动地输出所有的三阶象差系数解析公式。

HIRFL-CSR主环慢引出设计

对HIRFL CSR工程的主环(CSRm)的共振慢引出进行了设计,并采用 Winagile程序对引出过程进行了初步的计算机模拟。主环慢引出采用幅度和动量选择引出机制,其引出通道和快引出通道相同。采用了1/3整数共振慢引出机制来获得约 1 s 的较均匀的引出束流,该引出束流的水平发射度小于 1πmm·mrad。

强流电子枪电子光学性能的研究

利用SLAC 226程序对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的电子枪光学系统性能进行了研究。计算程序以带电粒子的洛伦兹力运动方程的相对论形式为基础,在充分考虑了空间电荷效应和电子自身产生磁场的情况下编写而成。在该程序中,网格的划分采用正方形网格;解泊松方程采用半迭代切比雪夫法;解轨迹方程采用四阶龙格 库塔法。经过对轴上电位的优化计算,得到了轴上电场的分布,电子轨迹以及阳极孔处的径迹斜率等结果,并且对外加电场与空间电荷场对束流的聚焦作用作了比较分析。计算发现,电子初始角和初始能量(对束流的)聚焦性能影响很小,二极管间距d=58.5mm时对束流聚焦最有利。

我国核安全技术发展战略研究

核安全是国家安全体系的重要组成部分,是发展核事业的前提、基础和生命线。先进可靠的核安全技术是保持并提高本质安全的基石,开展核安全技术战略研究对于建设核科技强国意义重大。本文采用“总–分–凝–综”的思路,通过院士访谈、实地调研、会议研讨、资料调研等多种途径,对我国核安全技术体系展开深入研究。结果表明:在总体国家安全观和核安全观的指引下,近年来我国核安全技术进展明显,核安全业绩良好;但也面临核安全标准体系建设有待深化、核安全软件研发统筹不足、核安全高精尖装备受制于人等瓶颈问题。为持续推进核安全治理体系与治理能力现代化,实现核大国向核强国的历史性跨越,建议进一步完善核安全标准体系;统筹资源、集中攻关,推进自主化核安全软件高质量发展;强化“政产学研用”结合,解决高端核安全装备“卡脖子”问题。

兰州重离子加速器冷却储存环高频加速系统

文章介绍兰州重离子加速器冷却储存环主环用于加速粒子的高频加速系统。加速系统的频率范围为0．25～1．7MHz，最高峰值电压为8．0kV。高频腔体的固有谐振频率通过调节绕在腔体加载的铁氧体材料上的偏磁电流来改变，所加载的铁氧体材料为600HH。高频腔体内的真空度达到3×10^-9 Pa，高频发射机的最大输出功率为30kW，高频系统的控制采用基于PCI总线技术，它提供所有高频系统控制及监测功能。

HIRFL-CSR电子冷却系统空心电子束性能研究

电子冷却系统中冷却力的大小与电子束的温度密切相关。由于强流电子束自身产生的空间电荷场,使得电子束的速度离散,增加了电子束温度,降低了冷却效率。为了减小空间电荷效应,HIRFL CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。通过分析实心电子束和空心电子束的空间电荷场,研究了其对电子束速度和温度的影响。

HIRFL-CSR Tune值测量系统

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)工作点(Tune)测量系统已投入调束运行。采用FFT测量法,用白噪声信号做激励源,经功率放大并通过同轴开关切换将激励信号加载到垂直或水平的对称极板上,通过位置检测器(BPM)采集束流信号。将BPM两极板感应到的束流信号分别经前置放大器放大,再通过相位相差180°的合路器将差信号送入实时频谱仪进行傅里叶分析,从而计算出Tune值。本文主要介绍HIRFL-CSR工作点测量原理、系统构成以及测量结果。

兰州重离子冷却储存环二极磁铁设计

介绍了兰州重离子冷却储存环主环(CSRm)的改进W型二极磁铁和实验环(CSRe)C型二极磁铁的磁场计算和物理设计,在降低了磁铁造价和运行费用的前提下设计参数达到或超过了物理要求.根据样机的加工和检测结果来看,所有的磁场计算和物理设计的结果是可靠的.

CSR切割磁铁设计

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)由一个主环(CSRm)和实验环(CSRe)构成.两个储存环的束流注入与引出都需要借助于切割磁铁的导向来完成.介绍了CSR的切割磁铁的物理设计和二维场计算.

碳离子治疗系统的研发与成果转化

碳离子束因其倒转的深度剂量分布和高的相对生物学效应,具有对正常组织损伤小、副作用低等优势,是目前实体肿瘤治疗最先进的放疗用射线。2019年9月29曰,由中国科学院近代物理所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的碳离子治疗系统获批第三类医疗器械产品注册,用于恶性实体肿瘤的治疗,填补了高端医疗器械碳离子治疗系统国产化空白,对于提升我国肿瘤诊疗手段和水平具有重大意义。

H桥斩波电源的小信号数学模型及其数字化控制器的实现

概括了加速器H桥非隔离式电源的运行原理与特点,在简化运行方式基础上建立了理想状态下电源连续工作模式的数学模型,并给出了仿真分析结果,介绍了基于TMS320F2808MCU实现的数字化电源控制器结构。

兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)CSRm引出kicker磁铁的物理设计、参数计算以及结构设计和加工。为了减小电感,使上升时间达到要求,CSRm引出kicker磁铁采用分布式的传输线方案,同时将无感电容与磁铁并联以满足匹配的问题。磁铁用单匝线圈和铁氧体铁芯来降低电感、减少涡流损耗,并采取两台电源成对供电、导体一端共地的结构形式消除杂散电感和轴向场,这种方式不但消除了过桥的不利影响,而且可通过调节导体间距离方便的调节磁场均匀区宽度和磁铁电感。完成设计后磁铁电感小于1μH,在140 mm范围内磁场均匀度好于±0.5%,最高磁场达到0.038 T,最大峰值激磁电流约为2.5 kA。

兰州重离子加速器冷却储存环主环二极铁电源设计

主环二极铁电源是兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)工程的关键设备和指标要求最高的一台电源,采用了独特的拓扑和控制策略。为满足峰值功率3.15MW(3kA,1.45kV)的输出能力和快脉冲要求,采用了晶闸管整流并联脉宽调制补偿单元的主电路拓扑结构和特殊的控制方式,这套综合方案确保电源满足了全部技术指标。本文介绍了该拓扑结构的原理和优势,讨论了为满足±2×10-4的跟踪误差的要求而采用的控制拓扑和双基准给定的原理,并简介了调试过程和近年来的运行和改进情况。

HIAF中环形质量谱仪SRing的线性设计

为了精确测量短寿命原子核质量，提出了在强流重离子加速器装置（HIAF）上建造高精度环形质量谱仪SRing。SRing长188．7m，最大设计磁刚度为13T·m，主要由磁聚焦结构、注入系统、引出系统、随机冷却以及探测系统等组成。SRing将运行在等时性模式和收集模式下用于短寿命原子核质量的精确测量和放射性次级束流收集并纯化。详细介绍了SRing的线性光学设计，并给出两种模式下的光学设计、注入及引出系统的设计等，设计参数优化完毕后，机器测量精度有望提高到10^6。