北京大学RFQ加速器研究进展

北京大学在20世纪90年代末成功研制了1台整体分离环重离子射频四极场(RFQ)加速器ISR-1000,近年来经升级后它可提供1 MeV/2 mA氧离子束流.为提高RFQ加速器在较高能量下的加速效率,北京大学提出并正在研制1种新型分离作用RFQ加速结构(SFRFQ),所建造的加速腔实验样机可与ISR-1000构成组合加速系统,将mA级氧离子加速到1.6 MeV.北京大学参与了"973"项目350 MHz四翼型强流质子RFQ加速器的研究,并研制了1台全尺寸无氧铜工艺腔.北京大学还计划在近年内建造1台中子源用201.5 MHz、2 MeV/50 mA微翼四杆型氘离子RFQ加速器.     

治疗计划系统中利用CT值计算碳离子入射能量的可行性研究

目的是探索CT值用于碳离子治疗计划系统计算碳离子入射能量的方法.方法 是通过分析Bethe-Block公式和碳离子射程计算公式,研究单核能量为0.01 MeV ～ 500 MeV碳离子束在各种辐射等效材料中射程与此能量碳离子束在水中的射程的比例关系.利用SRIM2008程序验证此比例系数存在恒值的可能性.通过Origi...     

~7Be和~7Li注入玉米种子的示踪研究

进行了用HI-13串列加速器产生的33MeV和14MeV~7Be放射性离子束照射玉米种子的研究,~7Be在种皮的沉积份额分别为58％和94.5％,在胚体中的沉积份额分别为42％和5.5％。按运动离子射程公式计算,14MeV的~7Be离子束在种子中的射程只有30μm左右,不能直接穿过75～135μm厚的种皮。事实说明离子注入种子有更复杂的机制。试验还用36MeV剂量为1.6×10~(15)离子/cm~2的~7Li离子束照射玉米种子,剥皮前后也都探测到了     

双等源强流离子束分析

目前所使用的各种离子源,还不能产生具有完全单一荷质比的离子,所以,离子源所提供的离子束是包含多种离子组态的混合束。因此,要把离子加速到高能,就涉及到一个多动量离子束加速系统。在由电磁场(电磁组件)构成的强流带电粒子加速系统中,多动量离子束的加速和聚焦会产生许多缺陷与困难。在强流加速器中,提高所需离子的加速效率,减轻加速器的总负荷,是一个很重要的     

利用2TW激光器产生具有超小归一化发散角的准单能电子束团的实验和模拟研究

利用2TW、80fs激光脉冲和等离子体相互作用,产生了能量为(23.0±0.8)MeV、电量为6pC的准单能电子束。该电子束的归一化发散角只有92mrad,较之前激光等离子体加速领域所获得的实验结果至少小了5倍以上。二维数值模拟结果显示,此结果的产生归功于加速机制上从自调制激光尾场加速向激光尾场加速的平稳过渡。     

7Li离子束注入小麦籽粒的径迹的研究

本工作利用串列加速器提供的7Li离子束与生物体中H原子发生内靶核反应,根据核反应产物7Be的可探测性和可示踪性,研究了7Li离子束注入小麦籽粒的径迹.研究结果表明,7Li离子束在生物体中的注入深度与注入离子能量有关,在22.0～42.3 MeV呈现较好的相关性,曲线方程可表示为y = 1.207 3 + 31.877x -0.242x2 (r2 = 0.999 5);能量为42.3 MeV的7Li离子束,注入剂量为1.28×1010～1.28×1012 /cm2时,注入深度与剂量之间的相互关系可以定量地描述为: y = 265.65 + 23.886lnx (r2 = 0.975 8).     

高能离子弹性散射测定高温超导薄膜的元素配比

本文介绍了用8.8MeV氦离子弹性散射测定Y-Ba-Cu-O超导薄膜元素配比的一种新方法。由于在8.8MeV时~(16)O(α,α)~(16)O非卢瑟福共振散射截面比卢瑟福弹性散射截面大25倍,因而一次测量即能得到Y-Ba-Cu-O全部元素的配比。本方法也适用于Bi-Sr-Ca-Cu-O和Tl-Ba-Ca-Cu-O等其它超导体系元素配比的测定。     

多电荷双等离子体离子源

离子注入机、单级静电加速器,各类高能重离子加速器和各种利用离子束对固体等材料进行表面分析(如卢瑟福散射,沟道效应技术等)的装置中均需重离子源,特别是强流(每秒大于10~(13)粒子)多电荷重离子源对提高被加速离子的能量,实现装置的小型化具有重要意义。例如对重离子回旋加速器,被加速离子每个核子的能量直接正比于电荷数Q的平方:     

静电加速器离子束杂质成分的测定

静电加速器广泛应用于离子的X射线分析、背散射、核反应和研究离子与物质的相互作用等等。静电加速器的离子由离子源产生,极端部高压进行加速。离子源所产生的离子往往不是很纯净的。为此,通常依靠磁分析器来排除那些被加速而又不需要的离子,并挑选出所需要的离子。但是,磁分析器要区分开那些荷质比相近的离子是十分困难的。在磁分析器所挑选出的离子束中,往往含有一些荷质比相近的其他离子。例如,在选择氘离子源的D~-离子中伴随有H_2~ 离子;相反在选择氢离子源的H_2~ 离子却伴随有D~ 离子。~4He~ 离子中可能伴随D_2~ 和~(12)C~(3 )离子。离子束中的杂质成分往往被人们所忽视,但在有些情况下,却是不容忽视的。例如,在利用D~ 离子分析表面氢含量时,D~ 离子束中含有H_2~ 离子就会直接影响到分析的灵敏度;在研究H_2~ 离子与固体膜相互作用时,H_2~ 离子中含有的D~ 离子的数量大小也会影响到测量的精度;在背散射分析、离子溅射、辐照损伤研究以及核反应截面测量时,有时也不能忽视离子束中的杂质成分。     

15 TW激光与氮气作用产生稳定电子束的实验研究

利用15 TW激光脉冲,系统研究了基于电离化注入的激光尾波场加速。实验中,研究了等离子体密度、相互作用位置、激光脉宽以及激光能量对电子束的电荷量、发散角、指向性、能量以及产生概率的影响。将约400 mJ、25 fs的激光脉冲聚焦在喷嘴前沿,等离子体密度约9×10~(18) cm~(-3)时,电子的产生概率高达100%,获得了水平(竖直)发散角(6.5±0.5) mrad((5.3±0.3) mrad)、水平(竖直)指向稳定性±1.2 mrad(±0.7 mrad)、峰值能量(135±8) MeV和电荷量(13.5±2.0) pC(50 MeV)的稳定电子束,为其应用奠定了基础。     

MeV原子团簇离子束的产生、鉴定及其与固体的作用

介绍了北京大学 2× 1.7MV串列静电加速器实验室开发能量为MeV/atom的原子团簇离子束的情况以及对这些团簇离子束的鉴定手段。应用这些团簇离子束 ,使团簇粒子离子能量损失中的邻近效应研究和团簇离子束在单晶硅中引起的辐照损伤研究等工作得到了开展     

LiF热释光剂量计对49．3MeVu12C离子束辐射的剂量响应初步研究

用LiF（M,Ti）热释光剂量计测量了兰州重离子研究装置提供的49．3MeV／u12C离子束辐射的剂量响应．结果发现,离子注量在1×107－2×108／cm2时,LiF对碳离子束的剂量响应效率η变化幅度不大,平均值为57％。提示LiF可用于一定离子注量范围内吸收剂量的测量,并且该结果与德国GSI通过重离子径迹结构理论模型计算得到的热释光剂量计对50MeV／u12C离子束的η＝54％基本一致。     

氘双等离子体离子源的进展

一、引言低能加速器型中子发生器利用D-T反应能产生单色的14MeV快中子。发生器对离子束的要求既可以是原子离子(即必须分析),也可以是混合束(即不经分析)。现在中子发生器大多采用磁分析,虽然设备复杂些,但还是有其优点的。在原先调试的基础上,我们又进行了束分析的调试,源的结构也做了一些改进,使源的性能有了进一步提高。     

在1.2米回旋加速器上加速H~+,获得3.5MeV质子束

为了开展质子激发X荧光分析和带电粒子活化分析,要求1.2米回旋加速器提供3.5MeV质子束和7MeV氚束。在工作磁场为16kGs,引出束流半径为52.5cm,D电路工作频率为12MHz时,为了加速荷质比为1/3的H_3~+离子,我们在1978年8月,采用在D电路第一耦合孔处共振丝上并接了二只CKT-150pF、40kV、170A的陶瓷真空电容器,将D电路的工作频率降到8MHz,成功地加速了H_3~+和氘氢混合气体(D~+H)离子,分解后得到3.5MeV的质子(H~+)和7MeV的氘核(D_2~+),扩展了原设计中加速粒子的能量,有效地满足了开展核技术研究工作的需要。     

~7Be和~7Li注入玉米种子的示踪研究

进行了用HI-13串列加速器产生的33MeV和14MeV~7Be放射性离子束照射玉米种子的研究,~7Be在种皮的沉积份额分别为58％和94.5％,在胚体中的沉积份额分别为42％和5.5％。按运动离子射程公式计算,14MeV的~7Be离子束在种子中的射程只有30μm左右,不能直接穿过75～135μm厚的种皮。事实说明离子注入种子有更复杂的机制。试验还用36MeV剂量为1.6×10~(15)离子/cm~2的~7Li离子束照射玉米种子,剥皮前后也都探测到了~7Be离子的存在,~7Be在胚体中沉积份额达12％,用放射性自显影方法也证实了~7Be在种子内的存在。~7Be属于内靶核反应~1H(~7Li,~7Be]n的产物。~7Li束流是进行生物诱变研究的理想束流,它通量高,诱变机制不仅有能量、质量和电荷的作用,还有内靶核反应效应,预期有较高的诱变频率,有希望诱变出自然库中尚没有的突变体。     

惯性约束核聚变研究的进展

1980年和1982年,作者曾先后报导了当时国内、外惯性约束核聚变研究的概况。近两年来,各种有关的工作仍以激光和轻离子为主。在激光方面,我们将着重叙述黑洞靶(hohlraum target)或称炮球靶(cannonball target)的工作,对于新的气体激光—KrF激光也将作扼要的叙述,因为目前世界上公认它为最有希望能代替钕玻璃激光的一种气体激光;在轻离子束方面,将简要地介绍各种新型二极管及有关轻离子束亮度问题。近来,大家对于爆聚(implosion)薄膜和爆聚等离子体渐感兴趣,因而专写一章对爆聚作简要地报导。最后将谈一些看法。     

应用于离子注入的RFQ加速器

射频四极场(Radio frequency quodrupole,RFQ)加速器是一种非常适于用作MeV级能量离子注入的加速器.它具有束流强、体积小、使用方便、离子源处在地电位,还可同时加速正、负两种离子等优点.本文介绍了RFQ加速器在国际上的发展状况及其基本原理、北京大学研制的1 MeV RFQ加速器的具体结构、性能以及一种新型RFQ-SFRFQ组合加速器的特点.     

HL-2中性束注入器离子束系统的设计计算

在受控核聚变研究中,中性束注入已经成为加热等离子体的有效手段。中性束注入器的关键部分是离子束系统,它的性能决定了中性束注入的效率和效果。文章就大功率中性束注入器离子源及离子引出、加速系统主要工作参数的设计计算方法进行了论述,并给出了HL-2装置中性束注入器离子束系统的计算结果。在强流离子束引出、加速系统束光学特性的数值计算程序中,考虑了离子源等离子体参数、等离子体弥散电子及离子束内部空间电荷效应对束光学性能的影响。计算表明,对于设定的55kev,80A的离子束系统,氢和氘离子束的匹配流密度分别为0.22A·cm~(-2)和0.155A·cm~(-2)。     

~(12)C~(3+)离子束在HIRFL-CSRe上的初步电子冷却调试

非全裸离子在储存环内冷却储存时主要通过碰撞离化和辐射电子俘获进行损失。兰州重离子加速器(HIRFL)实验环(CSRe)调束发现,能量为122 MeV/u的~(12)C~(3+)离子束注入到CSRe后的存储寿命仅为6.6s,且电子冷却效果不明显。本文结合CSRe真空条件计算了~(12)C~(3+)离子束的存储寿命及其电子冷却时间,确定了CSRe平均真空度为10-8 Pa量级是导致非全裸的~(12)C~(3+)离子束存储寿命减小的主要原因,而电子冷却作用及辐射电子俘获引起的~(12)C~(3+)离子束损失被~(12)C~(3+)离子束与残余气体碰撞离化损失所掩盖,即~(12)C~(3+)离子束在未被完全冷却前便由于存储寿命过短而近乎全部损失。这解释了CSRe初步电子冷却调试中~(12)C~(3+)离子束快速损失的主要原因。     

单细胞凝胶电泳技术检测碳离子束和X射线照射对Lewis肺癌细胞的DNA损伤

比较研究了 89.63 MeV/u 的碳离子束和 6 MeV 的 X 射线照射 Lewis 肺癌细胞所致的细胞克隆存活和DNA 损伤效应,以探讨单细胞凝胶电泳检测细胞辐射敏感性及重离子束治疗肿瘤的优势.结果表明,在 10%细胞存活水平上碳离子束的相对生物学效应(Relative biological effectiveness,RBE)值达到1.77.单细胞凝胶电泳检测损伤 DNA 尾部百分含量(Tail DNA,TD)和Olive尾矩(Olive tail moment,OTM)的剂量效应曲线表明,X射线的剂量效应曲线为线性,而碳离子束诱导出-个包含线性和指数项的双阶段效应曲线.碳离子束辐照剂量大于8 Gy后TD和OTM都存在饱和效应.在2 Cy的剂量点,高传能线密度(LET)碳离子束比X射线产生更低的存活分数和更高的初始 OTM.本研究提示:在Lewis肺癌细胞中,碳离子束照射比x射线产生更为强烈的细胞致死和DNA损伤效应,可使肿瘤治疗具有更高效率.