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.     

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。     

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...     

科学之窗

H7原子诞生最近,法国重离子加速器国家实验室(GANIL)利用He8来轰击C12,发现了新氢原子H7。H7带有1个质子和6个中子,是目前氢原子家族中最重的同位素。     

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     

中国科学院应用化学研究所与东北人民大学化学系联合举办科学討論会

苏联制造的世界最大的加速器——联合核子研究所的同步稳相加速器——在今年上半年开始运转,它能够把質子加速到100亿电子伏。这里根据苏联科学院通报今年6月号的一篇文章(作者是苏联科学院通訊院士А.Л.明茲)介紹一下这个加速器的情况。这个同步稳相加速器有一个很大的环形电磁铁,     

封面说明

正原子核是物质结构的一个基本微观层次,核物理研究中的重大科学涉及核力以及核力管控核中核子的方式.定量地理解这些科学问题,需要构建不同特征的"核场所",沿着不同的"途径",采取不同的"方法"来探究原子核的特性.为此,现代核物理研究主要依托大型科学研究装置,采用先进的实验技术和方法来研究不稳定原子核的静态(核结构)和动态(核反应)性质.兰州重离子加速器研究装置HIRFL是我国规模最大、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.     

科技传真

低廉的癌症新放射疗法 现代的放射疗法一般使用线性加速器产生的高能电子流或伽马射线(俗称伽马刀)来杀肿瘤。但电子和伽马射线与轨道电子相互作用要损失许多能量,而质子的绝大部分能量能照射到目标上,而且摧毁肿瘤的精度也更高。那么,为什么几乎没有一家医院使用质子来治疗癌症呢?原因是加速质子需要巨型的回旋加速器,成本相当昂贵。因此,若能产生低价的高能质     

束箔光谱研究的初步实验结果

离子束(能量从数百千电子伏到数十兆电子伏)透过薄箔(厚度约10微克/厘米~2)受激发光,曾因其所发谱线极其丰富(从可见光、紫外光直至X射线区),而在六十年代受到广泛注意。并进而用此方     

欧洲聚变实验的真正意义——访中国托卡马克专家

欧洲联合托卡马克(JET)于1991年11月8日和11月9日进行了3次放电,在全世界点燃了一场“聚变热”。这次实验的主要参数为: 环向主磁场为2.8万高斯; 等离子体电流为3.1兆安; 辅助加热采用中性粒子注入加热,注入功率为15.2兆瓦。在上述条件下,等离子体的离子温度为16.5千电子伏,电子温度为10千电子伏。放电时间为2秒,能量约束时间为1秒;     

内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速

辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁. 理解这些粒子如何在辐射带中被 加速是空间物理学的主要挑战之一. 本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波 对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电 子加速的主要机制之一, 这是因为电子回旋共振容易在VLF 波频率范围内发生. 最近, 运用4 颗Cluster 卫星的观测, 发现在行星际激波作用于地球磁层之后, 辐射带中的能量电子几乎立 即被加速, 并且加速过程持续数小时. 传统的加速机制是基于VLF 波粒相互作用加速电子至 相对论能量, 时间尺度长达数天, 因而无法解释我们的观测. 进一步发现行星际激波或太阳 风压强脉冲, 与更加小的动压变化, 对辐射带动力学起到无法忽视的作用. 行星际激波与地 球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象, 包括能量粒子加速. 由行星际激波作用 引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3 个组成部分: (1) 由与激波相关的磁场剧烈压 缩引起的初始绝热加速; (2) 与不同L 壳层被激发的极向模ULF 波造成漂移-共振加速; (3) 与 ULF 波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速. 粒子最终会获得净加速, 因为它们在上半个 周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量. 本文得到的结果对理解在地球Van Allen 辐 射带中的能量粒子加速有了新的认识, 同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作 用, 例如水星、木星、土星、天王星和海王星, 以及其他有磁场存在的天体.     

欧洲核子研究中心(CERN)历程中的重大里程碑

1959年:280亿电子伏质子同步加速器启动(为当时世界上最高能量的加速器),首次用中微子束进行实验。 1963年:首次获得中微子相互作用的气泡室图象。 1967年;同位素分离器ISOLDE启动。 1968年:发明多丝正比室和漂移室(现已在全世界应用的两种通用径迹探测器)。 1971年:交叉贮存环启动(世界第一台和唯一的质     

对宇宙反质子的研究

宇宙线中反质子的出现可解释为星系宇宙线同星际介质的相互核作用。据计算,当能量小于10亿电子伏时,反质子流就明显减少。前不久,美国研究人员A.巴芬顿,C.申德莱尔和K.宾尼帕盖尔利用装在高空探测气球上的仪器记录到低能反质子。反质子流与130兆～320兆电子伏能区质子的比为(2.2±0.6)×10~(-4),这一比值仅仅比高能反质子的比值小一点。可见,反质子的能谱与能级直至190兆电子伏的质子的能谱相同。如果认为,反质子的产生是由于高能宇宙线同星际气体相互作用的结果,那么在130兆～320兆电子伏能区所估料的反质子流至少应减少100倍。那么,反粒子来自何处呢?     

利用HIRFL加速的重离子获得半导体器件的σ -LET曲线

表征器件单粒子敏感度的σ-LET曲线是轨道翻转率预估的重要依据. 利用兰州重离子加速器(HIRFL)加速的35 MeV/u的36Ar 离子和15.14 MeV/u 的136Xe离子得到的32 kbit × 8静态存储器(SRAM)IDT71256单粒子翻转的实验数据, 用Weibull 和Lognormal 两种函数拟合获得了完整的σ-LET曲线, 对两种拟合结果的差别进行了讨论, 并在拟合参数的基础上估算了地球同步轨道和两条太阳同步轨道辐射环境中IDT71256的翻转率.     

利用HIRFL加速的重离子获得半导体器件的δ-LET曲线

表征器件单粒子敏感度的σ-LET曲线是轨道翻转率预估的重要依据. 利用兰州重离子加速器(HIRFL)加速的35 MeV/u的36Ar 离子和15.14 MeV/u 的136Xe离子得到的32 kbit × 8静态存储器(SRAM)IDT71256单粒子翻转的实验数据, 用Weibull 和Lognormal 两种函数拟合获得了完整的σ-LET曲线, 对两种拟合结果的差别进行了讨论, 并在拟合参数的基础上估算了地球同步轨道和两条太阳同步轨道辐射环境中IDT71256的翻转率.     

快重离子在钇铁石榴石中的辐照损伤

能量为1～100 MeV/u的快重离子通过固体材料时主要由两种过程损失其能量,即核碰撞(核能损S_n)和电子的电离与激发(电子能损S_e),且后者的作用远远大于前者,电子能损与核能损之比(S_e/S_n)可达10~3量级。因此快重离子在固体材料中引起的辐照损伤本质上是由电子能损引起的损伤。     

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,     

无机玻璃中钕离子Nd~(3+)的能量转移过程——Ⅰ.辐射跃迁

钕离子Nd~(3+)在无机玻璃中属于四能级发光,钕离子吸收光泵能量,使4f电子产生内壳层跃迁,首先从能级Ⅰ(基态)激发到能级Ⅳ(激发态),然后由能级Ⅳ转移至能级Ⅲ(亚稳态),在此形成粒子数的积累,再从能级Ⅲ跃迁到能级Ⅱ(终态)。     

《自然》:2015十大科学展望

<正>新年之际,《自然》杂志对2015年科学动向进行了展望,粒子加速器、气候协议、终结埃博拉、矮行星等十个项目榜上有名。粒子加速器漫长的等待已经结束:停工两年之后,大型强子对撞机(LHC)将于2015年3月重新启动。该对撞机位于瑞士日内瓦欧洲核子研究委员会粒子物理实验室,此次启动它将以13万亿电子伏的能量进行撞击,而这几乎是现有纪录的两倍。科学家们希望额外的火力能够帮助对撞机发现新的现象,以填