弗瑞曼型离子源能散度测量

从离子源中引出束的能散度,是源的一个重要性能指标,因为能散度将影响束的发射度和束的聚焦质量等,尤其在采用后减速得到低能(几十至几百eV)离子束的情况下,离子束的能散度对其轨迹及沉积能量的影响就更为严重了。弗瑞曼(Freeman)型离子源能够提供强流的重离子束,在低能离子束机上得到日益广泛的应用,因而有必要测定这种源     

MEVVA型金属离子源

本文报道金属蒸发真空孤放电（ＭＥＶＶＡ）型金属离子源的研究结果。阴极材料分别使用了Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ和Ｃｕ。阴极触发脉冲１２ｋＶ，脉冲宽度９０μｓ，脉冲重复率１－５次／ｓ。引出束流脉冲宽度３００μｓ。当引出电压为２８ｋＶ时，可引出Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ和Ｃｕ离子流强度分别为２３０ｍＡ、２５０ｍＡ、２８０ｍＡ和３００ｍＡ     

强流ECR离子源研究进展

研制了一台用于强流质子加速器的强流ECR离子源,建立了无油、大抽速的离子源实验台架,解决了微波功率馈送、放电室结构、高压打火和微波窗板损坏等问题,特别是对影响离子源寿命的窗板问题,做了独创性的改进,有效地解决了窗板容易损坏的难题,获得了很好的结果。离子源的引出能量达到70 keV,最大引出束流100mA,质子比好于80％,归一化rms发射度小于0.2π mm·mrad,离子源通过了12 h连续运行的可靠性考验。另外,设计加工了用于低能束流传输段的螺旋管透镜,设计加工了束流脉冲化装置,下一步将开展低能离子束的传输特性及脉冲化研究。     

加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究：强流RFQ注入系统（LEBT）实验进展

加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统包括ECR强流离子源及束流低能传输线（LEBT），2005年8月移机高能物理研究所后，2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75keV、超过60mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0．13πmm.mrad，引出束流的质子比好于80％。     

低能氘离子束轰击固体靶产生的远程D-D核聚变现象研究

利用强流低能氘离子束轰击由吸氢金属形成的氘自吸收靶，研究固体内Ｄ－Ｄ聚变反应规律。并通过对实验测得的Ｄ－Ｄ聚变伴随粒子能谱，探索Ｄ－Ｄ聚变反应与靶材料结构的相关性。同时，利用氘团簇离子（ｄ＾＋３）氘核（ｄ＾＋）束轰击吸氘固体，研究固体内Ｄ－Ｄ聚变反应的特性。实验中观测到了伴随离子能谱中介于质子峰（３ＭｅＶ）和氚峰（１ＭｅＶ）之间的一个宽峰。结果分析表明，该峰是由固体靶内超出离子射程几倍至十几倍处发     

螺旋管源的离子引出和PIC模拟

离子引出系统的设计通常要求计算机编码的帮助。本文描述了基于配备有三栅引出系统的螺旋管源的实验装置，该装置作为一个离子源使用，介绍了一个基于胞中粒子法（PIC）的数值方法。对于不同的气体，将利用离子源所获得的结果与模拟结果进行了比较并用于证实计算机编码，该数值编码是离子源设计包中的首要组成部分，它涉及到栅的腐蚀和离子束流在靶上的分布。     

GIC—4117／HC1.7MV Tandetron上的MeV离子注入系统

利用通用离子公司（ＧＩＣ）的４１１７型１．７ＭＶ Ｔａｎｄｅｔｒｏｎ离子束分析设备进行ＭｅＶ级离子注入。所注入的离子能量范围由５００ｋｅＶ到１０ＭｅＶ，离子的质量在２４０ｕ以下，某些元素的负离子束流强度在１５０μＡ以上。双向机械扫描技术可将离子均匀地注入样片。     

低能高束流氩离子源的结构及性能

离子源技术是等离子体研究中的一项重要内容,而低能大束流源则是离子源技术研究中的一个重要方向,因为这样的源在离子束刻蚀、离子束溅射镀膜以及荷能粒子与物质相互作用方面都有广泛的应用;本文采用空心阴极空心阳极结构,用热阴极电子发射弧放电驱动并用磁场约束产生等离子体,用曲面发射引出离子束,研制成了氩气放电溅射离子源;研究了灯丝加热电流、弧压对弧流的影响和弧流与工作气体压力对离子束引出的影响规律.离子源的引出电压在0-4.0 kV之间连续可调,最大引出束流为100 mA,束斑面积为φ6.0 cm,以Ti为溅射靶时的最大溅射沉积率为0.45 nm/s,离子源可连续工作160 h.     

GIC－4117／HC1．7MV Tandetron上的MeV离子注入系统

利用通用离子公司（ＧＩＣ）的４１１７型１．７ＭＶＴａｎｄｅｔｒｏｎ离子束分析设备进行ＭｅＶ级离子注入。所注入的离子能量范围由５００ｋｅＶ到１０ＭｅＶ，离子的质量在２４０ｕ以下，某些元素的负离子束流强度在１５０μＡ以上。双向机械扫描技术可将离子均匀地注入样片。     

用串列静电加速器获取MeV高能团簇离子束

利用复旦大学现有的串列静电加速器（ＮＥＣ ９ＳＤＨ－２）获得了能量为１－４ＭｅＶ的硼、碳、硅及金等小型高能团簇离子束：Ｂｎ＾＋（ｎ＝２）、Ｃｎ＾＋（ｎ〈１０）、Ｓｉｎ＾＋（ｎ＝２，３，４）以及Ａｕｎ＾＋（ｎ＝２）；束流强度与团簇的种类和所含的原子数有关，为０．１－１００ｎＡ量级。注入加速器的低能团簇负离子由铯溅射离子源（ＳＮＩＣＳ Ⅱ）产生，高能团簇正离子的质量鉴别用磁分析器完成，高能碳团簇负离子     

A deceleration system at the Heidelberg EBIT providing very slow highly charged ions for surface nanostructuring

Recently, it has been demonstrated that each single-impact of a slow (typically 1-2 keV/u) highly charged ion (HCI) creates truly topographic and non-erasable nanostructures on CaF₂ surfaces. To further explore the possibility of nanostructuring various surfaces, using mainly the potential energy stored in such HCIs, projectiles with kinetic energies as low as possible are required. For this purpose a new apparatus, capable of focusing and decelerating an incoming ion beam onto a solid or gaseous target, has been installed at the Heidelberg electron beam ion trap (EBIT). An X-ray detector and a position-sensitive particle detector are utilized to analyze the beam and collision products. First experiments have already succeeded in lowering the kinetic energy of HCIs from 10 keV/q, down to ∼30 eV/q, and in focusing the decelerated beam to spot sizes of less than 1 mm², while maintaining the kinetic energy spread below ∼20 eV/q.     

北京HI-13串列加速器兰姆移位型极化源聚焦系统

介绍了兰姆移位型极化源的束流聚焦系统的设计,计算和调试结果,该系统与北京ＨＩ－１３串列加速器的束专输系统有良好的光学匹配,束流传输效率较高。     

脉冲离子束流聚焦装置的研制

用小型化的质量分析系统进行脉冲离子束流实验研究时,从真空弧离子源中引出的束流脉冲幅度大、能量低,由于空间电荷效应使脉冲束流发散度很大,使得离子束流成分分析的不确定度增大。为克服在有限的空间范围内脉冲离子束流聚焦的困难,研制了一种新的双限束光阑三膜片透镜离子束流聚焦装置。双限束光阑着重减少束流发射度,三膜片透镜则适合小尺度空间的脉冲束流聚焦。计算机模拟的结果符合这种大脉冲离子束流聚焦的设计思想。磁质谱仪应用该聚焦装置后,发散到质量分析器分析盒上的脉冲离子束流幅值从未加聚焦前的115 mA减少至0.06 mA,脉冲离子束流质量分析的不确定度降低。     

Experimental verification of an APF linac for a proton therapy facility

Alternating phase focusing (APF) is known as a beam focusing method; it was applied to an interdigital H-mode structure and successfully accelerated high current proton beams up to the desired energy for a medical synchrotron injector. A high-current APF linac was achieved by the optimal design of the cavity and the drift tubes themselves, as well as drift tube arrangement based on the co-iteration of a precise electromagnetic field and space charge beam dynamics.A proton injector for a medical accelerator complex was fabricated with the newly developed APF linac. The injector consists of an electron cyclotron resonance ion source, a radio-frequency quadrupole linac and the APF linac. The experimental results showed that over 10 mA proton beams were accelerated up to 7.4 MeV.     

高流强RFQ质子加速器研制

在国家“973”计划洁净核能项目的支持下,中国科学院高能物理研究所与中国原子能科学研究院合作,建成了我国首台强流质子加速器。它是1台四翼型结构的射频四极（radio-frequencyqaudrupole,RFQ）加速器,这种先进加速结构可为来自离子源的低能强流束提供周期性强聚焦,并同时在纵向对束流进行聚束和加速。我国建成的这台RFQ加速器束流能量为3.5MeV,脉冲流强达46mA,束流工作比大于7%。本文将介绍这台RFQ加速器的物理设计、研制、调试和出束实验的结果。     

在线低能气体离子源

材料中氦和氢积累可引起材料性能的恶化甚至失效。为研究材料内氦和氢的存在形式、氦与氢及缺陷的相互作用、气泡的形成和演变过程以及各种因素的影响,建立一套离子束能量最高20keV的潘宁型气体离子源引出和聚焦系统,与200kV透射电镜联机,在离子注入现场原位观察氦和氢不同注入浓度下材料内部的微观结构及变化过程。对离子源进行氦离子的起弧、引出和聚焦测试。离子源在15–60mA放电电流范围内稳定地工作。在5×10–3Pa和1.5×10–2Pa工作气压下,放电电压约380V和320V。低气压下引出离子束流比高气压下大,且引出束流随放电电流和吸极电压的增加而增加。等径三圆筒透镜有显著聚焦作用,在距透镜出口150cm处,离子束流密度提高一个量级以上。能量10keV左右的氦离子获得束流密度约200nA·cm–2的离子束,可满足多种材料进行在线离子注入和原位电镜观测的需要。     

Realizing the maximum injection currents in a strong focusing proton synchrotron

The limiting relations are given between the transmission capability of the ring chamber, the injection energy, and the permissible injection current of a strong focusing proton synchrotron. The limitations are determined for the peak current of the accelerated beam in a linear ion accelerator with strong magnetic focusing. Consideration is given to the possibility of realizing the maximum injection currents in a proton synchrotron by using a strong focusing linear accelerator as injector.     

CSRe分子离子研究装置低能传输线物理设计

本文完成了CSRe分子离子研究装置低能传输线的物理设计。采用Poisson/Superfish软件对150 kV倍压型高压加速器的电场分布进行了模拟,结果显示,加速器各区域空间电场强度均远低于击穿电场强度限值。利用Beampath程序对离子源引出的分子离子束在高压加速器中的传输进行了模拟,束流包络显示,加速区电场对分子离子束具有较强的聚焦作用,加速管出口束斑尺寸较小。采用Trace-3D程序设计了高分辨能力的磁分析系统和RFQ加速器的注入匹配段。通过Beampath程序的模拟,分析出了质量数为150的分子离子束,并由三单元四极透镜实现了分析束流与直线加速器RFQ的注入匹配。     

65 nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转实验研究

基于北京HI-13串列加速器质子源及技术改进工作,获得2～15 MeV低能质子束流。针对商业级65 nm工艺4M×18 bit大容量随机静态存储器（SRAM）,开展了质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明,低能质子通过直接电离机制可在存储器中引起显著的单粒子翻转,其翻转截面较核反应机制引起的翻转截面大2～3个数量级。结合实验数据分析了质子翻转机制、LET值及射程、临界电荷及空间软错误率等,分析结果表明,实验器件翻转临界电荷约为0.97 fC,而低能质子超过高能质子成为质子软错误率的主要贡献因素。     

Simulation of a low energy beam transport line

A 2.45 GHz electron cyclotron resonance intense proton source and a low energy beam transport line with dual-Glaser lens were designed and fabricated by Institute of Modern Physics for a compact pulsed hadron source at Tsinghua. The intense proton beams extracted from the ion source are transported through the transport line to match the downstream radio frequency quadrupole accelerator. Particle-in-cell code BEAMPATH was used to carry out the beam transport simulations and optimize the magnetic field structures of the transport line. Emittance growth due to space charge and spherical aberrations of the Glaser lens were studied in both theory and simulation. The results show that narrow beam has smaller aberrations and better beam quality through the transport line. To better match the radio frequency quadrupole accelerator, a shorter transport line is desired with sufficient space charge neutralization.