型谱化高流强质子回旋加速器自主研发及创新应用

回旋加速器是开展核装备研制、核科学和生命科学等前沿研究,以及核技术创新应用的关键科学手段和不可或缺的研究平台.强流回旋加速器研究团队研发了高流强紧凑型回旋加速器,创建了径向调变磁场梯度强聚焦理论,研发了多束团强流束流动力学并行计算算法和软件,突破了紧凑型回旋加速器的极限能量、显著提升了空间电荷制约下的束流强度;独创了奇偶三角形单元垫补函数的等时场和非理想谐波场垫补方法,有效提高了轴向聚焦力,解决了磁铁工程难题;突破了“馈管-腔体”耦合振荡抑制、动态负载变化均衡等关键技术,实现了长期稳定运行.团队自主研制了十余台不同能量强流回旋加速器,其流强、注入和引出效率等主要性能指标处于国际同类装置前列,在中国原子能科学研究院、中国科学院国家空间科学中心、国防科技工业抗辐照应用技术创新中心、北京大学等单位的相关研究项目中做出了重要贡献,为近百个单位常年供束开展空间科学、生命科学与核科学技术的研究,应用领域广泛.     

强流回旋加速器技术的研究进展

简要介绍了强流质子加速器的若干个主要应用领域, 并比较了目前国内外各类质子加速器的发展状况, 列举了有代表性的加速器技术指标. 在此基础上, 总结强流回旋加速器的技术特点, 介绍了中国原子能科学研究院的强流加速器研究与发展的三个主要阶段. 最后, 重点介绍了我们目前正在研究的一些强流回旋加速器关键技术及研究进展.     

现今世界上最大的重离子回旋加速器建成

现今世界上最大的重离子回旋加速器——法国国家重离子加速器 GANIL 已在法国卡昂建成。GANIL 是一个由两台大型普通(非超导)回旋加速器组成的串列系统。两级串列设计是现今在重离子回旋加速器中达到较高能量的有效途径。放在两台加速器之间的剥离膜可将重离子的净电荷增大到四倍。GANIL 的两台加速器是相同的分离扇等时性回旋加速器(K=400兆电子伏)。每台加速器有四扇磁铁(每块重400吨),平均磁场强度为1.6忒斯拉。四个磁铁间隙中有两个加有射频加速电场。GANIL 用来加速从碳到铀的所有离子。加速最大能量从较轻离子约100兆电子伏/核子逐渐下降到周     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

强流质子回旋加速器CYCIAE30建成

中国原子能科学研究院承担由国家计委批准立项,并在国家科委和中国核工业总局支持下开展了生产放射性同位素强流回旋加速器的研制任务.他们在该院孙祖训院长为首的领导小组的指导下,成立了CYCIAE30回旋加速器工程组.于1990年开始在消化吸收从比利时引进技术的基础上,根据我国国情和已有的技术优势,对加速器的主要部件进行了再计算,再设计;在加工制造中,以创优的精神和严谨的作风,实现了各主要部件性能指标都优于国外同类产品的目标.因此在束流总调过程中,利用不到1个月的时间,同位素生产靶上的流强在30MeV能量下达到370μA,达到目前同类加速器中国际先进水平.     

陈佳洱与北京大学重离子物理研究所的粒子加速器研究

<正>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,     

强流加速器驱动的洁净核能系统中的一个关键问题：束晕—混沌的物理机制及控制

强流加速器具有极其重要的应用发展前景.强流加速器驱动的放射性洁净核能系统,比常规核电更安全、更干净、更便宜,但是它对加速器的要求比现有的加速器超过数十至上百倍.实验和理论都发现束晕-混沌现象,这成为强流离子束应用中,特别是放射性洁净核能系统的关键问题之一.为了提出一套有效设计新型强流加速器的方法,不仅必须深入研究这类束晕-混沌的特性及其产生的物理机制,而且需要研究如何实现对束晕-混沌的控制策略及技术.本文讨论了迄今国内外在研究产生束晕-混沌的若干物理机制方面的进展和可能的控制策略,并提出我们探索的新思路及控制对策.这是正在研究中的一个极富挑战性的新课题.     

北京大学静电加速器及其应用

加速器在核物理、材料科学、考古等领域都有着广泛应用.北京大学在20世纪90年代左右有3台静电加速器投入运行,分别是1.7 MV串列静电加速器、4.5 MV单级静电加速器和6 MV串列静电加速器. 1.7 MV串列静电加速器配备有高频电荷交换负离子源和铯溅射负离子源,可引出从H到Au之间大部分元素的离子,离子能量从几百keV到若干MeV,主要开展室温及高温离子辐照实验、背散射和沟道分析等离子束分析工作.近年,利用离子辐照束线在核材料研究等方面取得了许多重要科研成果. 4.5 MV静电加速器端电压在0.7～3.8 MV连续可调,主要加速氢/氦同位素离子,并可通过辐照靶材料产生准单能直流/脉冲中子场.该中子场主要应用于(n, α)核反应截面的测量.近年,基于4.5 MV静电加速器建立了综合离子束分析系统,可进行卢瑟福背散射、核反应分析和粒子诱发X射线分析3种离子束分析方法的综合应用.利用该方法,对Fe合金样品中杂质元素的含量和部分元素的深度分布进行了测量. 6 MV EN串列加速器是牛津大学赠于北京大学,为许多基础和应用研究提供了支持,其主要用于加速器质谱、离子辐照以及离子束分析工作,也可以...     

兰州重离子加速器研究装置HIRFL

兰州重离子加速器装置HIRFL是目前我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平,是世界上几个重要的核物理研究设施之一.HIRFL由ECR离子源、扇聚焦回旋加速器SFC、分离扇回旋加速器SSC、放射性束流分离线RIBLL1和RIBLL2、冷却储存环主环CSRm和实验环CSRe等主要设施组成.HIRFL具有加速全离子的能力,可提供多种类、宽能量范围、高品质的稳定核束和放射性核束,用以开展重离子物理及交叉学科研究.本文重点介绍了兰州重离子加速器装置HIRFL的发展现状以及取得的系列成果,同时对国内外重离子加速器装置的发展现状做了简要介绍.     

北京大学射频四极场加速器研究及创新实践

北京大学射频四极场(radio frequency quadruple,RFQ)加速器课题组在陈佳洱院士带领下,先后于1994、1999年提出并研制出我国第一台重离子整体分离环300 keV N⁺和1 Me V O⁺RFQ加速器;为提高离子的加速效率,提出分离作用RFQ加速器结构,研制出结构样机并完成束流验证;提出用RFQ加速器同时加速同荷质比正负离子的新思想,并在两台已建成的RFQ加速器上完成束流验证,通过模拟再现了正负离子自动聚束和加速的过程,用同轴快靶成功观测到正负氧离子的微观束流波形;发展了RFQ均温束流传输的束流动力学设计思想,研制出国内首台基于RFQ的中子成像装置,该四杆型D⁺RFQ加速器是国际上迄今为止运行频率最高的四杆型D⁺RFQ加速器;与中国科学院高能物理研究所、中国原子能科学研究院合作,研制了352 MHz质子RFQ工艺模型腔,有效地助推了中国首台质子加速器驱动次临界系统(accelerator driven sub-critical system,ADS)RFQ加速器的研制.北...     

兰州重离子加速器及热核和远离核实验研究

当代原子核物理的前沿是极端条件下原子核的研究.重离子核物理正沿着能量(激发能、核温度)、同位旋和自旋3个维度及非核自由度不断取得新的进展.与重离子物理的发展相适应,重离子加速器技术正在向更高能量、多种类放射性束和高品质(低能散和低发射度)束流3个方向发展.兰州重离子加速器(HIRFL)是加速低、中能重离子束流的回旋加速器系统(见图1).近年来在HIRFL上进行了炮弹碎裂(PF)型放射性束流线RIBLL和电子回旋共振(ECR)离子源的研制.这是HIRFL最重要的发展升级.利用HIRFL系统和其他实验装置,中国科学院近代物理研究所(IMP)在重离子物理关于热核和远离稳定线原子核前沿领域的实验研究中取得了重要进展.本文以PF型RIBLL和ECR离子源研制为重点,介绍HIRFL的最新发展;综述 HIR-FL上的中能重离子碰撞热核性质研究,包括轻粒子发射时标和发射源时空演化、三和四重碎片发射、复杂碎片发射机制、靶余核质量产额分布和相关衰变机制、热核限制性温度和不稳定核在平面和出平面发射等;本文还讨论近代物理研究所在HIRFL和高压倍加器强中子源及其他实验装置上远离稳定线新核素的合成,及远离核衰变性质和核结构研究的重要进     

高能加速器

高能物理是当前研究微观世界物质结构的前沿科学,高能物理实验所使用的主要工具是高能加速器。加速器的发展历史还不到半个世纪,但发展速度却十分惊人。四十年代初建成的回旋加速器,其直径不过一米多一些,而七十年代初建成的、目前世界上最大的质子同步加速器,其直径已达两公里,在三十年内增大了一千多倍。以能量来说,早先的回旋加速器只能把质子加速到几MeV(兆电子伏)。而目前最大的高能加速器已可把质子能量加速到500GeV(即5000亿电子伏),提高了差不多十万倍。从这一些对比中可以看出加速器规模变化之大,早先的加速器不过是实验室中的产物,到了现阶段,建造加速器,特别是高能加速器,已经是一项规模十分庞大,要求极为严格的工程建设项目了。     

激光加速器中的靶科学与技术

激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着重介绍北京大学重离子物理研究所研究团队在相关领域取得的进展.通过与纳米科技结合,我们创立发展了碳纳米管靶体系,成功解决了临界密度靶难题;设计并构建双层纳米靶,实现了重离子级联加速过程,解决了短脉冲激光加速重离子/超重离子时高效电离与长时间加速难以兼得的瓶颈问题,创纪录地获得了580 MeV碳离子与1.2 GeV金离子;攻克了高品质靶材批量制备、靶材损伤阈值测控、高精度瞄靶、重频打靶等关键技术,有力推动了激光离子加速器实用化进程.     

CAS-LIBB单离子束细胞定位照射装置实验研究

开发一个一个地向细胞预定位置投射离子的技术对评估环境低剂量暴露的危害性, 研究基因不稳定性、细胞近旁效应以及辐照损伤微观机理等具有重要作用. 技术的核心在于高品质微束的获取以及粒子个数和定位照射的精确控制两个方面. CAS-LIBB单离子微束装置由一台5.5 MeV Van de Graff 静电加速器产生离子, 经两级磁偏转选择获得单能质子束流. 束流通过1.0 μm内径、980 μm高的石英毛细管瞄准器准直, 从3.5 μm真空封膜引出. 能量发散度(FWHM)<40 keV, 再穿过7mm反光铝箔、18 μm闪烁体薄膜和3.5 μm封装膜, FWHM<64.5 keV. 束流直径小于5 μm, 粒子数500~20000质子·s^&#8722;1可调. 在细胞照射过程中, 闪烁体探测器和250 ns快速电子开关结合计算机控制模块, 粒子计数精度>98%, 定位精度≤±2 μm.     

《静电加速器》

静电加速器,作为低能原子核物理的一种研究工具和一种幅射源,有其独特的优点和广泛的应用。随着我国原子能科学技术的发展,我国将有越来越多的人接触到静电加速器。本书是一本比较全面系统地介绍和讨论质子静电加速器的专著。作者根据实际工作经验和文献资料,论述了质子静电加速器的各个主要部件的原理、设计以及调整、运行等。自然,本书绝大部分论述也适合于电子静电加速器。全书共分十一章。第一章较详细地介绍了静电加速器的发展过程;第二、三章讨论电场和高电压系统的设计及输电系统,这一部分是静电加速器高电压产生的关键;第四章讨论电压(能量)测量及其稳定;第五章介绍静电加速器最常用的一种离子源     

缺中子同位素~(215-217)U的α衰变研究

通过重离子熔合蒸发反应~(180)W(~(40)Ar,xn)~(220-x)U,合成了两个缺中子新核素~(216)U和~(215)U.目标核由熔合反应产生后从薄靶中反冲出来,在飞行中被兰州充气谱仪从大量的本底离子中分离并偏转到探测系统.探测系统对目标核的注入以及随后将发生的α衰变进行探测.探测器上产生的信号经电子学处理后被数据获取系统转换成一定格式的数据保存下来.实验采用能量-位置-时间关联的数据分析方法来寻找和鉴别目标核.在束流能量为187.2 MeV的情况下,新核素~(216)U的两个α衰变态被观察到:一是基态,它的α粒子能量为10.384(30)MeV,半衰期为4.72_(-1.57)~(+4.72)ms;二是自旋宇称为8~+的同核异能素态,它的α粒子能量为10.582(30)MeV和8.182(30)MeV,半衰期为1.31_(-0.48)~(+1.80)ms.在束流能量为205.5 MeV的情况下,新核素~(215)U被观测到,它的α粒子能量和半衰期被确定为8.428(30)MeV和0.73_(-0.29)~(+1.33)ms.此外,实验还观测到从~(217)U的基态产生的两个新的α跃迁,它们的α粒子能量分别为8.210(30)MeV和8.098(30)Mev.     

重离子耗散撞同位素产物截面涨落的首次观测

近年来,在重离子耗散碰撞激发函数的测量中发现了一种新的截面涨落结构.一系列的实验已经证实,对于质量数A_1+A_2(?)100的较轻的核反应系统,这一现象具有普遍性,理论工作者也以极大的兴趣发展了好几种模型,解释并拟合了部分实验结果.这种研究提供了探讨双核系统的平均寿命、转动周期以及时间-空间分布性质的新方法.当前,理论与实验研究都十分活跃.最近,我们在北京原子能科学研究院的HI-13串列静电加速器上完成了~(19)F+~(51)V耗散反应类弹产物激发函数的测量,入射能量`从102.25 MeV到109.50MeV,步长250keV,     

应用于微生物育种的一种快中子辐照方法

本文阐述了静电加速器用厚铍靶(d.n)反应产生的快中子吸收剂量的计算方法,设计了适用于微生物育种的快中子辐照装置。考虑到Be~9(d.n)反应的产额、中子能量、角分布和以水为介质,当氘核能量为2.3MeV     

X射线物理学的新发展

自1895年伦琴发现X射线以来,X射线学在透射、衍射、能谱和射线源等方面与其它新兴学科相互渗透和交叉,衍生出许多新的分支领域。一.高功率X射线源 1.实验室用强流恒源包括转靶,功率高达60KW;Henke软X射线源,它备有不动的水冷锥形阳极,管流可达300mA。 2.同步辐射源——利用强磁场偏转相对论性(最大能量为0.2～120GeV束流为150～     

为了捕获千万亿分之一原子--访科技启明星李德明研究员

加速器在一般人的理解中是一种大能量、高成本、高精尖的庞然大物，是高能物理学家探究原子奥秘的武器，令常人可望而不可及。随着加速器使用范围的不断扩展，如今在生命科学、环境科学、考古。天文、地理等领域已经越来越多地与加速器打交道。但很多人担心使用加速器的安全、成本等问题，期盼有一种使用方便、安全、小型、低成本的加速器的问世。在经历了十多年的艰辛探索后，中国科学院上海原子核研究所的科学家们在1998年有一项振奋人心的成果发布，我国的科学家们完全依靠自己的力量，在世界上首创建成超灵敏小型回旋加速器质谱计（SM…