基于北京大学4.5MV静电加速器的中子物理研究进展

本文综述了北京大学在中子物理方面依托4.5 MV静电加速器进行的有关实验与理论的研究工作,并提出了今后工作的设想。

北京大学重离子物理研究所40年发展历程

北京大学重离子物理研究所是在北京大学原技术物理系的基础上发展起来的.北京大学技术物理系成立于1955年(初期称物理研究室),是我国第一个核科学研究和人才培养基地,几十年来为国家培养了5000多名核科学技术人才.20世纪80年代初,针对当时核科学与技术的发展形势,北京大学酝酿成立重离子物理研究所.

陈佳洱与北京大学重离子物理研究所的粒子加速器研究

陈佳洱是我国著名的加速器物理学家.1958年,他带领年轻教师和学生在北京大学技术物理系建成了我国第一台30 MeV电子感应加速器,并于次年调试出束.20世纪60年代,在英国访问工作期间,他在国际上首次提出了诊断等时性回旋加速器越隙共振的实验判据,并发展了用可控的局域性一次谐波有效地抑制越隙共振振幅增长的方法.

北京大学加速器质谱计研究与应用进展

近年来,加速器质谱(Accelerator Mass Spectrometry,简称AMS)在国际上的应用有较大的发展,每年测量的样品已达数万个。AMS主要用于测量^(14)C,^(10)Be,^(26)Al和^(36)Cl等宇宙成因核素的同位素丰度,从而推断样品的年龄或进行示踪研究。与常规质谱相比,AMS的灵敏度要高出5～7个数量级;与衰变计数法相比,AMS具有样品量小、工效高的优点。

北京大学1.3 GHz射频超导加速腔研究进展

射频超导腔是超导电子加速器的核心部件,1.3 GHz 9cell超导腔被欧洲X射线自由电子激光、美国直线加速器相干光源二期等大科学装置采用,也是中国在建上海硬X射线自由电子激光装置、未来环形正负电子对撞机、国际直线对撞机等项目的关键设备。9cell超导腔的国产化、产业化对我国大科学装置的建设非常重要。本文在简要介绍超导腔用途及国际上椭球腔技术发展的基础上,较为详细地介绍了北京大学1.3 GHz椭球型单腔和9cell超导腔的发展及研究成果。

北京大学ERL装置交汇段的研究与设计

在交汇段设计理论的基础上,针对北京大学ERL的具体情况,对交汇段的束流传输结构进行了优化设计,通过模拟得到了满足要求的一组设计参数;研究了空间电荷效应以及相干同步辐射对束流发射度、能散及包络的影响。结果表明:空间电荷效应对发射度影响不大,但对束流包络影响较明显;相干同步辐射引起的发射度增长及能散较小,且不影响束流包络。

北京大学加速器质谱装置及^(14)C测量

北京大学加速器质谱装置（PKUAMS）自1991年建丘以来，已开展许多应用研究并取得了一系列成果。本文系统介绍PKUAMS装置及其14C测量。

^(12)C重离子背散射方法及其对YBa_2Cu_3O_7超导膜界面元素扩散行为的研究

将利用^(12)C作为轰击粒子的重离子背散射技术与利用α粒予作为轰击粒子的常规背散射技术相比较,讨论了质量分辨率、深度分辨率及分析灵敏度等方面重离子背散射所表现出来的优点,并且利用^(12)C重离子背散射方法分析了YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3界面处元素之间的扩散行为。

北京大学DC-SC光阴极注入器的升级设计

基于直流电子枪-超导加速腔(DC-SC)光阴极注入器样机的初步实验结果,北京大学提出了新的注入器的改进设计。新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔。文章给出了它们的详细结构参数,然后采用程序,对注入器的束流动力学进行了模拟。结果发现:新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束,束团的电荷量100 pC,横向发射度低于2 mm.mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm,重复频率81.25 MHz;也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束,其横向发射度小于3 mm.mrad,脉宽约为9 ps,以满足北京大学自由电子激光(PKU-FEL)实验平台的要求。

北京大学光阴极注入器3+1/2超导腔机械性能

介绍了北京大学光阴极注入器的核心部件3+1/2超导腔的机械性能的设计,通过ANSYS和SUPERFISH程序优化加强筋的个数和位置,解决了超导腔在脉冲条件下由于洛仑兹力引起的超导腔失谐以及当超导腔进行低温调谐时场平滑度变化过大的问题,同时针对复杂超导腔结构进行了低温调谐结构的设计。

重离子整体分离环高频四极场(RFQ)加速结构的研究

高频四极场(RFQ)加速器是1970年卡帕钦斯基等提出的一种新型直线加速结构。它将加速、聚束、横向聚焦与匹配等几种作用集中于一个加速腔之中,能直接加速从离子源引出的低能离子,束流利用效率可达90％以上,极限流强高达数百毫安。它是一种强流、高效、束流品质好、体积小巧、使用方便因而具有广泛应用前景的新型直线加速器。1980年美国洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)试验第一台加速质子的四翼型(4 Vane)RFO样机获得成功。自此以来,RFQ加速器的研制便成了国际上低能加速器发展的一个热点。现在四翼型的轻离子RFQ已广泛的取代体积庞大的高压倍加器,用作高能加速器的注入器及强流中子源等,甚至还被送上太空进行空间武器试验。 近年来,在重离子物理研究与技术应用的推动下,加速重离子的RFQ已成为发展的新热点。其中MeV级强流重离子束在新型微电子器件制作、材料改性、惯性压缩热核聚变研究等各项应用,更是国际上竟相研制重离子RFQ的巨大动力。但它们要求RFQ具有工作频率低、能量可变和束流负载因子高等特性。而现有的四翼型RFQ难以满足要求。这就推动了四杆型、同轴分离型等新结构的研究。1984年北京大学首次提出了采用整体分离环激励的RFQ新结构。

北京大学6MV串列静电加速器的运行及其应用

北京大学6MV串列静电加速器上建成4条束流输运线,加速~1H,^(12)C,^(16)O,^(19)F,^(35)Cl,^(79)Br等离子,并开展物理实验研究。首次利用D(^(12)C,p)^(13)C核反应建立起高灵敏度的氘分析法;利用共振核反应~1H(^(19)F,αγ)^(16)O分析材料中氢的深度分布;用重离子背散射分析超导材料YBa_2Cu_3O_(7-x);用35MeV^(35)Cl和45 MeV^(79)Br的弹性前冲分析不同材料中的轻元素及测定低能重离子的阻止本领等。

北京大学4．5MV静电加速器中子实验室建设及实验测量的进展

扼要地介绍了北京大学中子实验室的主要设备、４．５ＭＶ静电加速器及中子核数据实验测量的研究进展概况。

瞬态热流下钨再结晶规律的研究

通过观测钨分别在能量密度3.82MJ⋅m^(−2)/脉宽5ms和能量密度1.5MJ⋅m^(−2)/脉宽1ms的脉冲电子束1~100次的辐照下发生再结晶及晶粒长大的情况,研究了钨在瞬态热流下的再结晶行为及其对脉冲参数的依赖关系。根据非等温匀速加热退火过程的晶粒尺寸表达式推导出了瞬态热流下晶粒正常长大的表达式,再结合实验数据推导出了钨在脉宽ms量级瞬态热流辐照下发生正常长大的晶粒尺寸对脉冲参数的依赖关系。利用该关系计算得到的钨在脉宽5ms、1ms的脉冲电子束辐照下的晶粒尺寸与晶粒只发生正常长大的实验结果相吻合。

离子注入右旋糖酐生产菌的诱变效应研究

离子注入作为一项新的生物诱变技术是近年发展起来的,已引起国内外学者的极大关注。80年代中期,我国学者已将低能离子注入技术应用于农作物诱变育种研究中,取得了明显的效果。这对以后的拓宽诱变源、创造广泛的变异类型、选育高产优良的新品种,具有重大的理论意义和实用价值。

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制(强脉冲能量效应)、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应,有望突破离子射程对改性层厚度的限制,并高效利用离子剂量和能量,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论。

低剂量离子在物体样品中透射行为的研究

利用金硅面垒探测器测量低剂量率的F离子在生物组织样品（洋葱内表皮和芸豆种皮）中的透射能谱，用来研究荷能离子在生物样品中的能损和深度分布。实验中F离子能量为900keV—6MeV，剂量率大约为104ions／s·cm2；用SEM观测样品在离子束轰击下可能发生的损伤。实验中测量了不同能量离子在样品中的透射能谱，利用SINRA对测量得到的透射能谱进行了拟合分析，并讨论了生物样品的特殊结构对透射能谱和离子深度分布测量结果的影响。

强脉冲离子注入中的脉冲能量效应研究

在脉冲离子束流密度为１５－１２０Ａ／ｃｍ２、脉宽为５０－１５０ｎｓ、加速电压为１５０－２６０ｋＶ范围内，在１×１０４ｃｍ－２的低注量水平上，研究了高功率Ｃｎ＋＋Ｈ＋混合离子束注入４５号钢样品的强脉冲能量效应．摩擦磨损和微观硬度测量以及ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析表明，上述低注量强脉冲离子束注入可以改变材料表面的微观结构和力学特性，而且强烈依赖于单个脉冲离子束的功率密度和能量密度，在相同离子注量条件下，普通Ｃ＋＋Ｈ＋离子注入对４５号钢样品表面微硬度和摩擦系数未见明显影响．直接证明了强脉冲能量效应在离子注入中是相对独立于注入元素掺杂效应的又一可利用的重要效应．基于一维导热模型，讨论了强脉冲能量效应以及脉冲离子束功率密度对离子束材料表面改性的作用。

氧负离子潘宁源的实验研究

文章涉及用袖珍永磁潘宁源产生毫安级氧负离子束的实验研究。给出了磁场、不同阴极材料及源的离子发射孔对引出氧负离子束的影响。目前,该类型离子源已成功地用于正负氧离子同时加速的1MVISR RFQ加速器上。

低能离子在植物样品中长程穿透行为的研究

采用透射法测量了一定厚度的植物样品在接受低能离子辐照时从其后表面出射的荷能粒子。所测样品包括30、50和100μm芸豆子叶切片和20μm的西红柿皮。测量结果表明低能离子在植物样品中存在长程穿透现象 ,在芸豆切片中的穿透深度至少可达60μm ,此时穿透的概率很小 ,不大于10-5 ;长程穿透的离子产生的损伤空间分布不均匀。样品的高能质子透射能谱显现辐照损伤不是特别严重 ,推测这种长程穿透的现象由植物样品本身的结构决定。