中能重离子束深度剂量分布计算

根据中能重离子束与靶物质相互作用的特点, 提出了进行中能重离子束深度剂量分布计算的方法. 与高能离子束中弹核碎裂为主要因素和低能离子束中能量歧离是惟一因素相比, 中能离子束深度剂量分布的计算包括了随贯穿深度增加而增加的能量展宽和一个简单的弹核碎裂假设. 计算了中能碳离子束和氧离子束的相对深度剂量分布, 并将它们同实验测量结果进行了比较, 计算得到的Bragg曲线在Bragg峰的上游和下游与实验测量相符合. 由于计算和实验条件的限制, Bragg峰区计算与实验结果出现了偏差, 但在实验误差范围内计算值与实验测量值基本符合. 细致分析了造成这一偏差的原因, 并给出了由于这些原因带来偏差的幅度.     

放射性离子束9C的细胞生物学效应

首先介绍了重离子束治癌的特点及当前的技术进步,着重讨论了放射性离子束(RIB)在肿瘤治疗上增添的优势,详细叙述了在日本放射医学综合研究所(NIRS)重离子医用加速器(HIMAC)上旨在肿瘤治疗的放射性离子束9C的实验研究,包括束流产生、参数优化、深度物理剂量分布、细胞辐照后的存活效应以及9C和12C束的相对生物效率(RBE)比较.最终结果 在40 mm厚铍靶、10 mm厚铝降能器、5%动量接收度时,采用430 MeV/u、1.8×109粒子/s的初试束12C,得到的9C束的产生率为9.07×10-6,纯度为82.88%,采用点扫描技术时,在直径为10 mm的中心面积内,可获得均匀度为89.6%的辐照场,这时在入口处的剂量率为0.5Gy/h.在Bragg峰附近范围内的细胞存活实验中,9C束的平均RBE为5.28,而12C束的平均RBE为2.93,9C束的RBE要比12C束的高1.8倍,这显示9C束在Bragg峰附近范围内,对细胞的杀伤力要比12C强,在肿瘤治疗上会更有效.     

放射性离子束9C的细胞生物学效应

首先介绍了重离子束治癌的特点及当前的技术进步, 着重讨论了放射性离子束(RIB)在肿瘤治疗上增添的优势, 详细叙述了在日本放射医学综合研究所(NIRS)重离子医用加速器(HIMAC)上旨在肿瘤治疗的放射性离子束 C 的实验研究, 包括束流产生、参数优化、深度物理剂量分布、细胞辐照后的存 9活效应以及 C 和 C 束的相对生物效率(RBE)比较. 最终结果: 在40 mm 厚铍靶、10 mm 厚铝降能器、 9 125%动量接收度时, 采用 430 MeV/u、1.8×109 粒子/s 的初试束 C, 得到的 C 束的产生率为 9.07×10?6, 12 9纯度为 82.88%, 采用点扫描技术时, 在直径为 10 mm 的中心面积内, 可获得均匀度为 89.6%的辐照场,这时在入口处的剂量率为0.5Gy/h. 在Bragg峰附近范围内的细胞存活实验中, C束的平均RBE为5.28, 9而 C 束的平均 RBE 为 2.93, C 束的 RBE 要比 C 束的高1.8 倍, 这显示 C 束在 Bragg 峰附近范围内, 12 9 12 9对细胞的杀伤力要比 C 强, 在肿瘤治疗上会更有效. 12     

放射性9C-离子束的细胞生物学效应

首先介绍了重离子束治癌的特点及当前的技术进步, 着重讨论了放射性离子束(RIB)在肿瘤治疗上增添的优势, 详细叙述了在日本放射医学综合研究所(NIRS)重离子医用加速器(HIMAC)上旨在肿瘤治疗的放射性离子束⁹C的实验研究, 包括束流产生、参数优化、深度物理剂量分布、细胞辐照后的存活效应以及⁹C和¹²C束的相对生物效率(RBE)比较. 最终结果: 在40 mm厚铍靶、10 mm厚铝降能器、5%动量接收度时, 采用430 MeV/u、1.8×10⁹粒子/s的初试束¹²C, 得到的⁹C束的产生率为9.07×10^−6, 纯度为82.88%, 采用点扫描技术时, 在直径为10 mm的中心面积内, 可获得均匀度为89.6%的辐照场, 这时在入口处的剂量率为0.5Gy/h. 在Bragg峰附近范围内的细胞存活实验中, ⁹C束的平均RBE为5.28, 而¹²C束的平均RBE为2.93, ⁹C束的RBE要比¹²C束的高1.8倍, 这显示⁹C束在Bragg峰附近范围内, 对细胞的杀伤力要比¹²C强, 在肿瘤治疗上会更有效.     

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     

核碎裂的标度特性

在一定的条件下,例如通过中高能重离子碰撞,原子核会碎裂成许多轻的核碎片。这种新的反应机制称为核碎裂。同发生临界现象时的宏观系统相类似,核碎裂也显示出标度特性。但这一特性只能部分地被重组聚集模型(RAM)所描述。本文给出了推广的重组聚集模型,并用它很好地复制了乳胶实验测得的核碎裂的标度特性。计算结果表明,当核内沉积的能量约为它束缚能的80—90％(≈6MeV)时,这一临界现象就出现了。     

利用改进的方势阱集团模型研究偶偶核的α衰变

方势阱集团模型是研究原子核α衰变的一个理论模型,具有形式简洁、计算方便等优点,可以较好地解释一些偶偶核的α衰变实验数据.方势阱集团模型假设不同的偶偶核具有相同的势阱深度,这只是真实α-子核相互作用的粗糙近似.我们改进了方势阱集团模型,在保留其优点的同时,进一步合理计入势阱深度对原子核质量数和质子数的依赖.利用改进的方势阱集团模型,研究了中等质量区、重核区和超重核区115个偶偶核的α衰变性质.结果显示,改进的方势阱集团模型给出的偶偶核α衰变半衰期理论值与实验值均方根偏差值为0.2223,相比方势阱集团模型下降了36%,尤其对于中等质量区N=Z=50附近的核素,由改进的方势阱集团模型计算的结果与实验值符合很好,说明改进的方势阱集团模型可以更好地解释α衰变半衰期实验数据.此外,我们还利用改进的方势阱集团模型预言了重核区与超重核区一些未知核素的α衰变半衰期,相关理论结果对偶偶核α衰变的实验和理论研究具有一定的参考价值.     

13C激发态中子晕

测量了入射能量１１．８ＭｅＶ的＾１２Ｃ（ｄ,ｐ）＾１３Ｃ转移反应角分布。通过ＤＷＢＡ计算的角分布与实验角分布的比较,抽取＾１３Ｃ基态和第一激发态的最后一个中子的密度分布。同时,用相对论平均场理论对＾１３Ｃ的相应核态的性质作了深入地研究。实验和理论的密度分布都表明,＾１３Ｃ第一激发态为中子晕态。     

热核电荷密度分布的温度效应

无论是在天体物理中星际碰撞所产生的核,还是在重离子反应中入射粒子能量较高时形成的复合核,都具有较高的激发能量,这就是所谓的“热核”。近年来,随着重离子反应的实验数据的增加,有关热核性质的研究已成为一个引入注目的课题,而其中热核电荷密度分布又是热核性质的一个重要的组成部分。由于热核的亚稳定性,在实验     

产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲方法

报告了产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲的方法, 研究了高次谐波产生与激光相位之间的关系, 得到了时域内两个不同的辐射能量分布曲线. 这些结果有助于理解高次谐波产生的动力学过程. 可用脉冲光子能量的带宽值和两个参数化公式, 计算能量分布曲线的时间宽度. 为了更好地研究和模拟脉冲的传输及与介质的相互作用, 往往需要指定脉冲的光子能量和带宽等参数. 这两个公式在实验上可用于分析所选择脉冲的能量带宽值和时间宽度之间的关系. 所提出的变换方程和相关的光电子激光相位确定法, 能用来直接从光电子能谱得到阿秒及飞秒软X-射线脉冲的时间结构, 而不需要预先假设脉冲的频率分布和强度分布形状, 也不需要与实验测量数据进行拟合计算. 这些方程和方法是超快速测量的基础, 能用于评估超短X-射线脉冲光源的技术参数, 推动新一代光源技术和应用研究的进一步发展. 它们具有很宽的时间测量范围和极高的时间分辨率, 将使超快速测量以及飞秒和阿秒定时技术达到计量学的精度, 并使之发展成为标准化的测量方法, 进一步促成物理、化学及生物学新的研究高潮. 同时, 对阿秒和飞秒X-射线脉冲的应用及测量方面的理论和技术难题作了简要的讨论.     

离子辐照的316L不锈钢中空洞密度的定量化电子显微镜测试

316L奥氏体不锈钢经过高剂量氦注入及高能铁离子辐照后,产生高密度空洞.本文采用聚焦离子束(FIB)技术从辐照后的316L不锈钢试样上制备出透射电子显微镜(TEM)样品,通过TEM定量分析样品薄区的空洞密度及分布状态,进而计算出样品的辐照肿胀率.该定量表征结果的准确性依赖于样品薄区厚度的精确测量.然而,Kelly和Allen早期提出的基于会聚束电子衍射(CBED)的膜厚测量技术无法直接应用于TEM样品较薄微区的厚度测量(厚度0.6ζ_g,ζ_g为衍射束g对应的消光距离).本文提出对同一样品较厚区域CBED花样进行测量拟合出特定衍射束的消光距离,再将该参数应用于待测薄区同一取向CBED花样的测量结果,从而估算样品薄区的厚度.讨论了CBED方法相对于电子能量损失谱(EELS)方法在透射样品厚度测量上的优势.以离子辐照后的316L不锈钢样品薄区厚度测量及空洞密度定量分析为实例,探讨了本文所提出的基于CBED技术的薄区厚度测量方案在实验过程中的主要影响因素及优化途径.     

基于sEMG振子模型的骨骼肌等长收缩力与固有特性的能量核表征方法

提出了一种肌肉等长收缩力估计与肌肉固有特性表征的新方法,称为能量核方法.此方法的初衷在于将表贴EMG(肌电图)信号转变为平面内的相图,并将相图上状态点的分布核心称作能量核,而噪声信号的分布核心称为噪声核.基于相图的统计特征,将一段EMG信号近似为简谐振子,简称EMG振子.本文建立了控制信号(EMG)与输出信号(力/功率)之间的关系,并提出用EMG的特征能量来表征肌肉力.另一方面,通过对能量核与噪声核的计算,能够得到噪声与EMG信号的自然频率并实现直观的信噪识别与分离.实验结果表明,特征能量对等长收缩力的表征度令人满意,并且由于结合了RMS与MPF两种方法的优点,此方法具有很高的鲁棒性;而特定肌肉的EMG自然频率不取决于MU放电频率,故其反映了肌肉的固有特性.此模型体现的物理意义为EMG信号的理解与分析提供了新的启发.     

K_3C_(60)光电离截面振荡

对K3±δC60 多晶薄膜进了同步辐射光电子谱研究 .入射光子能量为 17～ 86eV .实验发现K3±δC60 光电子谱的HOMO_1,HOMO及LUMO等导出能带的谱峰强度均随入射光子能量的增加而呈现振荡的性质 ,与纯C60 的光电子谱峰随入射光子能量变化的趋势相似 .结合C60 分子独特的笼状几何结构 ,认为其电离截面的变化是由于K3±δC60 的末态电子在C60 分子笼内形成球状驻波引起的 .以驻波的边界条件为基础进行理论计算 ,得到的电离截面极小值对应的光子能量与实验得到的结果符合良好 .     

双重辐射源9C束流在其Bragg峰区对细胞致死效应增强的生物物理机制

相对¹²C束流而言, β缓发粒子衰变放射性⁹C束流在其Bragg峰区附近深度对细胞的致死效应明显增强, 这已经在我们先前的研究中证实. ⁹C束流的相对生物学效应(RBE)较¹²C束流要大1倍以上. 本研究旨在探讨造成这一重要实验现象的生物物理机理. 首先, 建立模型计算了用于实验时产生的⁹C束流的阻止沉积几率密度分布, 模型考虑了初始束流的动量分布, 束流随贯穿深度增加由核反应导致的离子通量衰减和能量损失岐离等效应. 发现⁹C束流对细胞致死效应增强的区域出现在入射9C离子的阻止沉积区域. 其次, 以⁹C束流入射处剂量为1 Gy为例, 根据计算得到的入射⁹C离子阻止分布几率密度推导了⁹C束流在不同贯穿深度上的沉积离子密度, 进而得到了不同深度上每细胞内平均沉积⁹C离子数; 同时, 由相近剂量平均传能线密度(LET)深度上⁹C和¹²C束流实验上测得的细胞存活率推导出了⁹C及¹²C束流在这些深度上导致的每细胞平均致死事件数. 研究结果表明, 在照射剂量相同时每细胞平均沉积⁹C离子数与⁹C及¹²C束流每细胞平均致死事件数之差竟相吻合. 由此推测, 一个沉积⁹C离子将造成该细胞死亡. 考虑到由⁹C衰变而发射低能粒子的性质, ⁹C离子细胞中沉积可能会在该细胞中造成团簇损伤, 因而本研究结果可作为辐射团簇损伤高效细胞致死的间接证据.     

一个相对论性氧原子核在核乳胶中四分裂事例的遍举测量

文献[1]报道了相对论性氧原子核二分裂和三分裂事例的观测。最近我们观察到相对论性氧原子核在核乳胶中碰撞,碎裂为四个氦原子核的事例。本文报道事例的测量结果。能量为200 GeV/核子的相对论性氧原子核是欧洲核子中心SPS加速器产生的。氧原子核平行于乳胶面,入射到10 cm×10 cm×2 cm的乳胶叠中。所用核乳胶为型。每层乳胶膜厚度为600 μm。照射后经EMU-01合作组进行显影处理之后,提供我们分析。     

微波左手材料的反射率和相位随频率的变化特性

利用矩形波导法首次由实验研究了微波垂直入射到由铜六边形开口谐振环(split ring resonators, SRRs)和铜杆组成的左手材料(left-handed metamaterials, LHMs)样品表面时, 其反射率和反射相位随频率的变化特性. 实验结果表明: 单层SRRs的LHMs样品在左手频段内出现了一个深度为−3.3 dB的反射峰, 即其反射率为47%. 在左手频段内, 反射波相位随微波频率的变化关系与透射波相位变化不同, 而且反射波相位曲线在反射峰频率处出现一个拐点. 对于三层SRRs的LHMs样品, 其反射峰的深度随样品排数的增加而增加, 即不反射能力增强, 且反射峰与左手透射峰有一个相对频移, 认为不同层间SRRs的相互作用是导致其频移的原因.     

北京大学辐射防护科研组环境放射性核素研究进展

本文展示了北京大学技术物理系辐射防护科研组自成立以来在环境放射性核素研究领域的发展历程,介绍了部分代表性工作.其中,针对天然辐射照射中剂量最大的贡献者——氡及其子体相关领域,开展了以剂量评价和探究其环境行为为目的一系列测量方法和技术研究,特别是对大气氡、水体氡和土壤氡活度浓度的在线连续测量成果进行了重点阐述,建立的便携式测量技术使氡子体连续测量和放射性气溶胶粒径分布现场测量成为可能.在与核军工和核电反应堆密切相关的人工放射性核素方面,着重介绍了围绕环境中以痕量水平存在的钚核素开展的同位素精准测量和迁移行为研究工作.作为现场测量与评价研究,本文还介绍了针对我国唯一的重水堆核电基地外围环境开展的¹⁴C测量、水平分布和剂量贡献的研究成果.     

质子在物质中的能损与碰撞参数的关系

研究质子在气体、固体原子中的能损和晶体原子沟道中的能损及能损角分布关于原子碰撞参数(b)的关系,对于离子束材料改性,离子束固体表面、界面分析,离子束与物质相互作用机理的讨论均有十分重要的理论和应用意义。目前理论上主要以局域电子密度近似(LDA)和二体碰撞近似(BEA)方法讨论质子对物质原子的激发与电离过程。由于它们都忽略了电子在不同状态物质中的结合能因素,其结果虽然适合于大多数的散射实验,但对于小参数时     

地磁倒转的原因是什么?

地磁倒转是地球演化史上的全球性重大事件.由于对地球内部物质和运动的认识不足,目前我们尚不清楚地磁倒转的确切原因.不过,相关研究也取得了明显的进展,现在已经知道地磁场是由地球外核的磁流体发电机过程所产生,数值模拟和实验已能再现一个与地磁场时空特征相似的磁场,并从中发现了磁场的自发倒转现象.由于数值模拟和实验的近似程度远未达到地球的真实情况,地磁倒转的自发性目前还不能予以确认.近年来的研究发现,虽然地磁场起源于地球外核,但其他圈层的物性参数分布和运动,如下地幔和地核的电导率分布、地幔对流、板块运动、内核生长等因素都影响或控制着地磁倒转的过程和频率,这些外部因素是否是引起地磁倒转的原因需要进一步的研究.本文简要介绍了地磁场的时空特征和形成机制,评述了地磁倒转的研究进展,并指出在深入探知地球内部信息的基础上,将地球各圈层的相互作用等因素进行统一考虑,构建综合性模型,是未来地磁场及其倒转机制研究的方向.