产生放射性核束的厚靶的物理设计(英文)

在线同位素分离器(ISOL)是北京放射性核束装置(BRNBF)计划的主要设备之一,其中用来产生放射性核素的厚靶为技术关键,它决定了放射性核束的产生效率及总强度,是设计中需重点考虑的。为了提高放射性核素的扩散速度,减少短寿命核素的衰变损失,靶的温度应尽可能高,同时还要保证厚靶在强流辐照条件下的结构完整性。文内讨论了对靶材料的物理、化学性质,靶物质的尺寸形态,靶结构和散热系统设计等方面的要求,列举了几种候选靶材,介绍一个厚靶的物理设计过程,设计了一个石墨靶衬并合理安排厚靶的水冷散热结构,计算了厚靶的三维温度分布情况。计算结果表明,经过精心设计,此厚靶完全能够承受最高达14kW的质子束入射束流功率,可以根据不同靶材的要求将靶的温度控制在1300～2000℃,放射性核素可以迅速扩散,并且被离子源有效地电离和引出,从而获得较高流强的放射性核束。     

产生放射性核束的厚靶的物理设计

介绍用来产生放射性核束的厚靶的物理设计过程，提出对靶材料特性和温度条件的严格要求，列举了几种候选靶材，设计了１个石墨靶衬并合理安排靶的水冷散热结构，计算了厚靶的三维温度分布情况。计算结果表明：此厚靶完全能够承受最高达１４ｋＷ的质子束入射束流功率，靶的温度可以根据不同要求控制在１３００—２０００℃。     

BRISOL钠同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器(BRISOL)采用100 MeV、200μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。为开展~(20)Na核的奇异衰变特性研究,研制了氧化镁靶,并采用100 MeV质子束轰击氧化镁靶在线产生了~(20～26)Na~+的钠同位素放射性核束。当质子束流强为8μA时,~(20)Na~+离子束的最大产额为2×10~5 s~(-1),~(21)Na~+离子束的最大产额为4×10~8 s~(-1)。完成了北京放射性核束装置首个放射性核束物理实验,累计供束近200 h。     

北京放射性核束装置在线同位素分离器的研制

北京放射性核束装置在线同位素分离器(BRISOL)采用100 MeV、200μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,进行在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。BRISOL装置现已建成,并开展了氧化镁、氧化钙靶的在线实验,在线产生了~(37)K~+、~(38)K~+、~(20)Na~+、~(21)Na~+等多种放射性核束。本文详细介绍该装置的研制及运行情况。     

BRISOL钾同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用一台100 MeV回旋加速器提供的最大200 μA的质子束打靶在线产生放射性核束,其最高质量分辨率好于20 000。2015年,BRISOL装置建成并使用05 μA质子束轰击氧化钙靶产生了37K+、38K+放射性核束,其中38K+的产额为1×106 pps。为了提高氧化钙靶产生钾放射性核束的产额以满足物理用户需求,BRISOL于近期开展了氧化钙靶的在线实验。实验中使用氧化钙靶产生了36～38K+、43K+、45～47K+等多种放射性核束,同时将38K+的最大产额提高到了112×1010 pps。本文详细介绍氧化钙靶的研制及在线实验结果。     

用厚靶方法研究^13N＋p弹性共振散射

放射性核束的出现为核物理及核天体物理前沿领域的实验研究注入了新的活力。为有效利用流强相当较弱的放射性核束，不少新方法、新技术应运而生，弹性共振散射的厚靶实验方法就是一例。该方法使用较厚的固体或气体反应靶，使次级束的能量全部或部分地损失在靶中，在反应靶的下游，通过测量出射的较轻的粒子，可以1次得到较大能量范围的激发函数。     

北京放射性核束装置在线同位素分离器进展

正许多对核结构、核天体物理有重要意义的核反应采用稳定束和靶无法开展,只能用放射性核束才能开展相关研究。因此,国际上许多国家都在建造放射性核束装置,提供中短寿命放射性核束开展这些工作,其中包括北京放射性核束装置(BRIF)。这些装置分为两种,一种是炮弹碎裂法     

BRISOL钠同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束，在线分析后供物理用户使用，其质量分辨率好于20 000。为开展²⁰Na核的奇异衰变特性研究，研制了氧化镁靶，并采用100 MeV质子束轰击氧化镁靶在线产生了^20～26Na⁺的钠同位素放射性核束。当质子束流强为8 μA时，²⁰Na⁺离子束的最大产额为2×10⁵ s^-1，²¹Na⁺离子束的最大产额为4×10⁸ s^-1。完成了北京放射性核束装置首个放射性核束物理实验，累计供束近200 h。     

基于HI-13串列加速器的核天体物理研究

中国原子能科学研究院核天体物理研究组在HI-13串列加速器核物理国家实验室建成了我国首条低能放射性次级束流线，产生了从⁶He到²²Na等11种放射性核束，利用这些放射性束流通过测量逆运动学转移反应开展了一系列核天体物理重要反应的研究，另外还通过厚靶实验方法和电荷交换反应开展了天体物理相关重要核结构信息的研究。在串列加速器Q3D磁谱仪上，利用稳定束测量了许多单核子转移和α基团转移的角分布，基于渐进归一化系数(Asymptotic Normalization Coefficient,ANC)或谱因子方法得到了一系列天体物理关键反应的天体物理S因子和反应率，为元素丰度、天体模型等相关研究提供了重要实验依据。     

放射性离子束的产生和加速

研制了一条次级放射性束流线 ,产生放射性核束11C ,17F ,7Be,13N ,6 He。利用所获的放射性核束7Be,成功地完成了7Be(d ,n) 8B反应的角分布测量。采取离线方法产生和加速了放射性核束6 4Cu ,在实验靶上获 1.2× 10 5ions·s- 1(80MeV) ,完成了6 4Cu库仑激发实验研究。     

高功率CaO/W/RVCF复合靶的设计与制备

为利用质子轰击⁴⁰Ca靶产生放射性核束³⁷K，本文系统研究了⁴⁰Ca靶的设计、制备和模拟的全过程。综合考虑反应截面、靶材料的丰度、熔点、蒸汽压和短扩散路径等，确定选择CaO作为靶材料，高孔隙率的网状玻璃碳纤维(RVCF，reticulated vitreous carbon fiber)作为基衬材料。采用PC（paint coating）法将CaO材料沉积在RVCF基衬上，为防止高温下CaO与RVCF发生化学反应并降低靶材料的抗高温性能，在沉积CaO靶材料前采用CVD（chemical vapour deposition）法对RVCF基材沉积1层1~2 μm厚的W保护层。根据质子束轰击复合靶的能损计算与分析结果，设计了靶室筒内装入厚靶的结构和靶室筒的散热结构。最后采用Comsol计算程序模拟分析了靶及靶室的温度分布，得出了此厚靶在75 MeV质子束入射时能承受的最大束流功率为7.5 kW。     

北京ISOL项目进展

北京ISOL(北京在线分离丰中子束流装置,亦简称BISOL)是由中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的一台大科学装置。项目建设包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站等。装置建设方案已初步确定,装置建成后可产生较国内外现有装置强度高1～2个量级的极端丰中子束流,可开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究,同时兼顾先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。     

62Zn放射性核束的产生

介绍了利用串列加速器作为驱动加速器在线产生62Zn放射性核束的方法,包括靶的制备和束流调试方法,在线产生了能量为25 keV、强度大于106/s的62Zn放射性核束.也评估了实验产生放射性核束的效率,实际测量了实验结束后的放射性剂量.     

北京放射性核束装置在线同位素分离器的研制

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束，进行在线分析后供物理用户使用，其质量分辨率好于20 000。BRISOL装置现已建成，并开展了氧化镁、氧化钙靶的在线实验，在线产生了³⁷K⁺、³⁸K⁺、²⁰Na⁺、²¹Na⁺等多种放射性核束。本文详细介绍该装置的研制及运行情况。     

放射性核束64Cu的产生和加速实验研究

开展了产生和加速放射性核束64Cu(Off-line)的实验研究,解决如下技术关键离子源的强放射性64Cu靶的制备、安装、准直和屏蔽;弱束流64Cu加速时的加速器调束;64Cu束流的分离和鉴别.在实验靶上获得64Cu离子(80MeV)的流强为4×103/s.     

北京ISOL项目进展

北京ISOL（北京在线分离丰中子束流装置，亦简称BISOL）是由中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的一台大科学装置。项目建设包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站等。装置建设方案已初步确定，装置建成后可产生较国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流，可开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究，同时兼顾先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。     

核燃料循环与核废物

核废物,又称放射性废物,是指放射性活度大于国家主管机关所规定的“免管量(Exempt Quantity)”,且今后不再被利用的含放射性核素或污染有放射性核素的任何物质。因此核废物可产生于任何应用放射性核素的单位,但其数量和放射性水平不尽相同。     

串列升级工程ISOL的放射性气体收集系统的设计

中国原子能科学研究院的串列加速器升级工程将利用新建的1台100MeV回旋加速器作为驱动加速器，通过新建的在线同位素分离器，在线产生要求的放射性核束，将其注入HI-13串列加速器中加速后进行各种物理实验研究。ISOL工作时，靶源系统会产生很多放射性核素，     

丰质子核~(25)Si的β延迟衰变谱学

<正>远离稳定线原子核的结构是当前核物理领域的一个前沿热点。β衰变谱学是研究核结构的重要方法,尤其适用于低产额的滴线核。在兰州放射性束流线(RIBLL1)上开展了丰质子滴线核25Si的β延迟衰变谱学的研究。能量约80 MeV/u的初级28Si轰击厚约1 000μm的Be靶产生25Si。次级束穿透多组降能片被停阻到3块厚度分别为142、40、304μm的双面硅条探测器上来探测衰变产物。较厚的双面硅条探测器具有较高的探测效率,能提高实验过程中探测到产额     

用于放射性核束设施驱动加速器的100 MeV强流质子回旋加速器

北京放射性核束装置(BRIF)于2004年已在中国原子能科学研究院正式启动。该装置将提供强流质子束和放射性核束(RIB)用于基础和应用研究,如中子物理、核结构、材料科学与生命科学、医用同位素生产等。在该工程中,100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)被选为驱动加速器,它提供能量为75～100MeV、流强为200μA的质子束。2005年100MeV回旋加速器各系统的初步设计,包括束流动力学、磁铁、高频等都已完成。与回旋加速器设计相关的实验验证工作也已深入展开。选择紧凑型磁铁结构,采用加速H-、剥离引出的技术路线,将使得加速器体积小、造价…