上海粒子加速器大科学装置概述

先进粒子加速器包括射频直线加速器和环形同步加速器等，不仅极大地加速了人类从核物理迈向基本粒子物理的进程，而且同时派生出了同步辐射光源、自由电子激光、质子/重离子治疗仪等一批涉及生命科学、材料科学、能源科学、物理学、化学和医学等重大前沿学科研究和应用的大科学装置。上海已经成为我国并且正在成为国际上先进加速器科学中心之一，本文概述性地介绍上海先后建成的第三代同步辐射光源、软X射线自由电子激光装置、先进质子治疗装置、以及正在建设的硬X射线自由电子激光，并对上海未来粒子加速器学科和大科学装置的发展方向做出总结和展望。     

加速器及其应用进展

加速器是能将电子、质子、α粒子以及其它重离子等带电粒子加速到具有一定能量的装置.自本世纪20年代末30年代初第一台加速器问世以来,加速器技术及其应用取得了巨大的进展.高能加速器发展概况早期的加速器是顺应核物理基础理论研究的需要而研制的.为了探索原子核内部的奥秘,必须有一种能够把“核”打开的工具.利用加速器产生的“粒子炮弹”去轰击原子核,便可以闯进核的“大门”.随着对物质结构认识的深入,为了获取物质更深层次的基本粒子方面的信     

北京大学超小型激光加速器系统研究进展

超强激光与等离子体相互作用可以获得高于传统加速器三个数量级以上的加速电场梯度,更加有效地加速离子,从而能够显著缩小加速器的体积和造价．鞘层加速（TNSA）和光压稳相加速（RPA）是目前研究得最多的两种主要激光加速机制．与鞘层加速相比,光压稳相加速的加速效率和离子能量更高、单能性更好．在提出光压稳相加速原理的基础上,北京大学正在建造一台基于该原理的超小型激光加速器系统．本文将介绍北京大学在激光加速研究方面的进展和激光加速器系统的研制情况,包括理论模拟、前期准备实验、自支撑纳米靶的制备以及离子输运线的初步设计．     

医用直线加速器的原理与维护

医用直线加速器是生物学上的一种用来对肿瘤进行发射治疗的粒子加速装置,带电粒子加速器是用人工的方法借助各种不同形态的电场,将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的装置。医用直线加速器是现代医学最长用的放射治疗设备,在肿瘤放射治疗中起主导作用,已迅速普及到各大中型医院。掌握直线加速器的基本原理与维护知识对于技术人员使用和维修具有重要意义。该文主要介绍医用直线加速器的基本原理与维护。     

发现的引擎：一个世纪以来粒子加速器的发展

加速器物理学领域非常活跃，发达国家与发展中国家每年都在粒子物理学研究上花费几十亿美元。它是一门纯科学，不仅对于理解粒子物理，而且对于理解天文学和宇宙学具有重要的意义。本书第一次按年代记载了粒子加速器的发展，从静电加速器、线性加速器及回旋加速器的发明直到当今的电子对撞机，它还涉及了以医学为目的以及在工业应用中利用加速器作为x射线源的许多应用。作者指出了推动应用物理与工程领域进步的决定性发现，介绍了做出这些发现的人们，了解了他们使用的方法。粒子加速器利用了当代最先进技术的每一个方面，并且将其发挥到极致，同时它本身也对这些技术作出了贡献。这完全是一个传奇，就象人类在一个世纪之前掌握运输与通讯技术一样引人入胜。     

高功率固体激光装置的发展与工程科学问题

在激光聚变需求牵引下,高功率固体激光技术走过了30多年的发展历程。在世界范围内,美、日、法、中、英、俄等国先后建造了20多台大型装置,输出能量初期仅百焦耳级,后来增大到数万焦耳,固体激光技术得到长足发展。近几年来,几个大国都在建造巨型激光装置,如美国和法国正分别建造国家点火装置NIF和兆焦耳激光器LMJ,我国在研制神光-Ⅲ激光装置,俄国也在计划建造Iskra-6激光装置。这一代激光装置的研制不但在科学技术上提出了许多新需求,从而把激光科学技术发展推向新的历史阶段,而且就其规模、投入、周期和风险而言,是前所未有的大光学科学工程。从工程科学的角度去研究如何才能建造出性能优良和效费比高的巨型激光装置是需要回答的具有挑战性的新课题。     

射频四极场(RFQ)加速器的进展

射频四极场(RFQ)加速器是当今强流离子加速器研究的热点之一.近年来国际上和国内对于散裂中子源、加速器驱动能源和其他高功率离子束应用所呈现的广泛兴趣,以及由此引起的对强流、高功率加速器的迫切要求,更对用作它们前级加速结构的RFQ加速器提出了种种新的要求,特别是对它能在高的负载周期、甚至在连续波(CW)工作状态下加速高流强的离子束,及其运行的稳定性和可靠性提出了空前严格的要求,推动着RFQ加速器不断地完善和发展.文中试图对国际上应用RFQ的强流高功率加速器,以及四翼、四杆、交叉指与超导等主要类型RFQ加速器的最新进展和上述各方面问题的研究予以述评.     

利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子

随着超强脉冲激光技术的不断发鼹,利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子的研究,在激光惯性约束中的“快点火”,医学中的射线治疗和台式激光加速器等领域广泛应用．木文用二维粒子模拟方法研究了超强短波脉冲激光与平扳等离子体薄靶相互作用中产生的超热电子．以研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的超热电子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量。     

建造一台第三代同步辐射储存环的建议

一、国际发展现状当前,作为同步辐射光源的正负电子加速器装置已经成为物理、化学、生物及其相关的子学科在研究与应用方面的强有力的工具。迄今为止,世界上已经建成并投入运行的同步辐射装置30多台,分布在约20多个实验室中,大约有6000多名科学家利用这些装置进行实验。尽管如此,这些装置还不能满足各方面急剧增长的需求。因此,建造新一代性能更好、光强更高的同步辐射光源已提上日程。目前,正在进行设计与建造的第三代同步辐射加速器约有14台,除美国、西欧及日本在建造能量为6～7吉电子伏的大型同步辐射装置外,大部分     

高压直流连续波光阴极注入器

根据高平均功率自由电子激光对电子束的要求,提出了直流高压连续波光阴极注入器,并进行了相应的束流动力学过程研究.采用特殊结构设计的静电加速腔,其加速梯度可以达到10 MV/m.当静电场的加速距离10 cm,漂移空间50 cm时,脉冲宽度为10 ps,阴极表面的束斑半径为2 mm,束团电荷为0.5 nC的电子束,输出束流归一化发射度为5 mm·mrad;用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟,注入器输出束流归一化发射度为5.8 mm·mrad.     

1.2m回旋加速器的应用及改进

我所1.2m回旋加速器于1981年投入运行.其加速氘核能量为13.5MeV,氦核能量27MeV.设置有4条束流输运管道,其中1条配有能量分辨率为0.5％的磁分析系统.1 加速器的应用加速器投入运行以来,主要用于核物理实验和同位素研制和生产两个方面。1.1 同位素的研制和生产利用加速器和同位素生产内外靶装置先后开展了~(211)At、~(199)T1、~(201)T1、~(111)In、~(67)Ga等医用同位素的制备和它们的生物医学效应研究.生产了~(57)Co、~(100)Cd等工业用源并已应用于科研、生产领域.     

强流离子直线加速器中球形混沌与束晕的形成

强流离子直线加速器因其可作为次临界装置的驱动器，近来在放射性洁净核能系统等方面的应用中出现了一些新的动向，引起人们极大的关注，同时。这些新的应用对加速器低束损也提出了苛刻的要求，使得对粒子损失的主要来源之定的束晕问题的研究成为当前加速器物理研究中的热点，本文采用束核－试验粒子模型，通过在哈密顿动力学系统中同时求解ＫＶ包络方程和Ｈｉｌｌ方程，单向自洽地研究了空间电荷控制的束流的传输问题，借助Ｐｏｉｎ     

1MeV电子加速器与辐照加工

随着辐照加工技术的快速发展,电子加速嚣及其在辐照加工中的实际应用日益受到人们的重视,本文简要介绍1 MeV/50mA电子加速器的主要性能及其在辐照加工、科学研究方面发挥的作用.     

中国早期静电加速器的研制——叶铭汉院士访谈录

作为中国最早的两台加速器——700KeV和2.5MeV质子静电加速器建造的主要参与者之一,叶铭汉院士讲述了自1946 ～1974年间采购、研制、建造、改进和运行这两台加速器的历史.其间涉及赵忠尧美国之行筹集加速器部件的前前后后,中科院近代物理所的变迁及静电加速器组的成立、人员组成和工作情况,赵忠尧、钱三强等老一辈物理学家对发展中国加速器事业的贡献,加速器建造中所培养的人才和每个人所做的贡献,静电加速器对中国发展“两弹”所起的作用和它们最后的归宿等.     

圆偏振强激光真空中加速电子最佳参数的分析

利用一维粒子模拟和解析的方法对圆偏振强激光在真空中加速电子进行了研究.研究表明,电子获得的最大能量与激光的强度有关,并且电子在激光场中加速有个最佳的加速距离,即当电子的位置与激光脉冲的峰值位置重合时,电子获得最大的能量,而最佳加速距离与激光脉冲的宽度和振幅有关.在电子获得最大能量的位置加入一个挡板能挡住激光而电子可以穿过,从而将电子从激光场中分离出来.     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

利用回旋加速器制备放射性核素及其应用的研究

我们利用１．２ｍ回旋加速器及自动上卸内外靶装置，开展了２１１Ａｔ，１９９Ｔ１，１１１Ｉｎ，６７Ｇａ，５７Ｃｏ和１０９Ｃｄ等核素的制备及其应用研究．内靶靶头位置沿着加速半径可在３８０～５２０ｍｍ之间连续可调，可使入射样品的粒子能量能随靶头位置的改变而变...     

超短超强激光与等离子体相互作用中质子发射一些研究进展

超短超强激光与等离子体相互作用中得到的高能质子在质子成像、粒子加速、诊断超短超强激光与等离子体相互作用的物理过程、“快点火”和治疗癌症等方面有一定的应用。使得对超短超强激光与等离子体相互作用得到的高能质子的研究成为目前的研究热点。文章综述了产生质子的两种主要加速机制以及在不同实验条件下超短超强激光与等离子体相互作用过程中得到质子的能量、角分布、产额以及相关的原理。     

Mathieu方程与4-度对称径向扇回旋加速器的动力学稳定性

在线性近似下,考虑到二次谐波梯度场的影响,把粒子的运动方程化为标准的Mathieu方程.数值分析表明,在参数δ-ε平面上,系统存在一系列稳定和不稳定区.指出了,当粒子穿越不稳定区(禁带)时,振幅将呈指数增长,从而导致系统不稳定.为了保证系统的稳定性,要求粒子尽量避免穿越或少穿越不稳定区,为加速器设计提供了理论分析.     

超强光场驱动的高性能高能粒子束的产生及其应用开拓研究

超短超强激光驱动等离子体,可获得电子能量高达1Ge V、质子能量高达60Me V的高性能粒子束,从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。该研究主要研究利用超短超强激光在等离子体中形成稳定的特殊三维尾波结构,即空泡,实现单能电子加速。采用两种控制电子注入的方法,即两束激光对打和纳米细丝扰动,来提高电子加速的稳定性,并控制高能电子的数量和能量。该研究还将通过改变激光传输方向的等离子体密度,来改变空泡中纵向加速静电场的梯度,从而抵消高能电子束本身电荷分离场的梯度,以提高电子束的性能;还将研究高能电子束的细致结构,并考虑其可能的重大应用。该研究将利用靶后鞘层加速实现质子加速,并将利用多层靶来提高加速效率,利用微结构靶获得准单能质子束,同时研究获得高性能高能离子束的其他有效途径。