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，     

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。     

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。     

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。     

BRISOL谱仪关键技术研究

HI-13串列加速器升级工程在线同位素分离器（BRISOL）需对同质异位素进行分辨,谱仪设计质量分辨率为20 000,是很高的技术指标,对离子源、高压、分析磁铁、四极透镜等设备均有很大的挑战。本文详细介绍了BRISOL谱仪关键技术及其测试结果。能散对谱仪的质量分辨率影响较大,BRISOL谱仪设计采用异能大小铁结构消除能量色散。离子源采用表面离子源,并采用三电极引出系统,中间电极电压可调用以优化束流品质,优化后离子束RMS发射度好于3.8 πmm•mrad。分析磁铁采用表面线圈进行磁场垫补,垫补后积分场均匀性好于3.5×10^-5。为修正像差,大分析磁铁安装了β线圈和γ线圈,同时,在分析磁铁前后共设置了4台电六极透镜。     

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。     

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。     

HI-13串列加速器升级工程进展与现状

中国原子能科学研究院的"HI-13串列加速器升级工程"是在现有的HI-13串列加速器的基础上,前端新建一台100 MeV、200 μA紧凑型质子回旋加速器(CYCIAE-100)和质量分辨为20000的在线同位素分离器(ISOL),后端新建一台能量增益为2 MeV/q的超导直线增能器(SCB),形成一加速器组合装置.各加速器可单独使用,也可联合使用.回旋加速器单独使用时主要用于中子物理、辐射物理、生物医学的研究及同位素研发.联合使用时,回旋加速器的质子束将用于轰击靶源,产生放射性同位素束,经在线同位素分离器后注入串列加速器加速,为用户提供放射性核素束流.     

串列升级工程在线同位素分离器（BRIF—ISOL）工程进展

2007年，串列升级工程在线同位素分离器的工程全面开展，并重点解决BRIF—ISOL的关键的技术问题。主要开展了以下几方面的工作。     

HI—13串列加速器次级束流线的设计

利用已有的一个偏转磁铁和一对四极透镜，设计了一条用于分离和纯化＾６Ｈｅ，＾７Ｂｅ，＾８Ｌｉ，＾１１Ｃ，＾１２Ｂ，＾１３Ｎ，＾１５Ｏ和＾１７Ｆ等次级放射性离子束的传输系统。用ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ程序分析了各种影响束流线性能的因素，进而对系统的各项参数作了优化计算。讨论了次级束的纯化。     

低能强流离子束装置计算机控制系统

为实现低能强流离子束装置自动化,提高抗干扰能力和稳定度,研究开发了低能强流离子束装置计算机控制系统。该控制系统采用西门子S7 300PLC,下位机使用STEP7V5组态软件进行编程,控制界面用LabWindows/CVI6.0编制,控制位于3个不同电位的离子束系统。文章描述了控制系统的总体结构、硬件选取和软件实现的功能,讨论了系统在调试过程中抑制干扰的方法。     

HI－13串列加速器升级工程在线同位素分离器高质量分辨谱仪物理设计

HI－13串列加速器升级工程中的在线同位素分离器(ISOL)高质量分辨谱仪要求20000的质量分辨率。本工作采用大小铁双能量结构削弱能量色散，有效解决了束流能散过大导致的谱仪质量分辨率低的问题。结果表明：当束流高斯分布宽度为0.06mm和10mrad时，谱仪的质量分辨率达到了33400；若考虑加速段引入的0.002%能散，谱仪最终的质量分辨率为20000。     

镱同位素电磁分离束流接收与监测系统研制

镱同位素在放射性药物、原子钟、核物理等领域具有重要应用.电磁法是目前可用于分离镱同位素的最佳选择,为了收集和监测电磁法分离后的镱同位素,本文研制了镱同位素束流接收与监测系统.针对镱同位素分离色散小、数目多、不易分离的特点,通过理论计算和经验参数,设计多缝面板、内置水冷结构的模块化收集器和束流监测系统,减少同位素的蒸发和...     

Uranium Isotope Separation by Cation Exchange Chromatography Using Uranous Sulfate Complexes

A nearly ideal displacement chromatography has been realized with an eluent of MgS0₄ and H₂SO₄ in the study of uranium isotope separation by means of cation exchange chromatography using uranous sulfate complexes. Uranium-235 was enriched at the end of the chromatogram and ²³⁸U was enriched at the front. Two long distance displacement experiments have been carried out, keeping an isotopic plateau region on the chromatogram. Consequently, good accumulation of the isotopic fractionation based on uranous-sulfate complex formation reactions obtained. The separation coefficient ε of this system was estimated to be about 5×10^?5.