多丝正比室的研制与25 MeV/u 40Ar + 93Nb反应中轻粒子的发射时间测量

本论文共由两部分组成。第一部分描述了多丝正比室的研制过程。第二部分研究了中能区25MeV/u ~(40)Ar + ~(93)Nb反应中轻粒子发射时间的测量。本论文所研制的多丝正比室灵敏面积为5cm * 5cm。阳极丝由10μm的镀金钨丝组成，丝与丝之间的间距为0.5mm。工作气体为正庚烷，采用感应信号重心读出方法。调试了工作气压在25Torr左右、工作电压～1400v条件下多丝室的工作状态，结果表明该工作条件下，多丝正比室并未工作于正比状态下，须适当增加工作电压和工作气压才能得到较好的位置分辨。并且提出进一步的改进建议。第二部分利用小相对角度内的两粒子关联测量，研究了中能区25MeV/u ~(40)Ar + ~(93)Nb反应中高激发核衰变产生的轻粒子的发射时标。轻粒子发射时间随能量的变化很大，从低能粒子的约500fm/c变化至高能粒子的50fm/c，表明高能粒子来自于热核的早期发射，包含有前平衡发射的粒子，而低能粒子来自于平衡热核的发射。随着入射能的升高和激发能的增加，热核的寿命及其发射时标变短。轻粒子时空演化表明，发射源的核物质密度对轻粒子关联函数的影响较大，尤其是对于发射时间较(τ ≤ 100fm/c)的高能粒子的关联函数，这一影响随着粒子能量降低而减弱。在发射时间较长(τ ≤ 200fm/c)时，这种影响几乎消失。另外随着实验室系角度的增加，平衡发射成分增加，相应地提取的轻粒子的发射时间变长。

强流高电荷态离子的产生和传输研究

本文对ECR离子源强流高电荷态离子的产生、金属离子的产生、强流多电荷态混合离子束的传输做了深入细致的研究。设计建造了一台全新的高电荷态ECR离子源-LECR3（兰州第三台高电荷态ECR离子源），该离子源的目标是产生强流高电荷态离子，设计上应用了多种提高高电荷态离子产额的关键技术：采用了高磁场模式；在保证弧腔内壁处径向磁场的前提下尽量增大弧腔的内径；使用铝制等离子弧腔；应用负偏压技术；新的微波馈入方式。经过调试和优化，其结果达到了国际同类离子源最好水平，其中O7+和Ar11+的束流强度为240eμA，O6+为780eμA，Xe26+为90eμA，Xe30＋也有6eμA。目前该离子源已经投入原子物理实验平台供束近两年。进行了金属离子产生的研究，并且成功地为加速器提供了5种金属离子。设计了一种结构紧凑的微小型金属加热炉，经过调试和优化，用炉子加热法在离子源上产生了多种金属的高电荷态离子，其中Ca11+可以达到140eμA，针对该种炉子的缺点又设训一了一种高温炉；用MIVOC（Metallic Ionfrom VOlatile Colnpounds）法调试了镍和铁的离子，其中Fe13+的束流强度为140eμA，为目前国际同类离子源最好水平。提出了一种全新的研究低能强流多电荷态混合离子束传输的方法，包括理论和实验两部分，理论上采用蒙特卡罗方法来模拟离子的传输轨迹，考虑电荷交换和空间电荷效应的影响，自行编写了MCIB计算程序，并进行了初步计算；实验上采用单丝和Wien-Filter探测技术来监测混合束的传输路径和某一截而上的各不同元素种类和不同电荷态离子的密度分布，做了初步实验，并且对计算结果和实验结果做了比较和分析，给出了该类束流的传输特性。

高电荷态ECR离子源的设计与实验研究

本文详细论述了三种各具特色的高电荷态ECR离子源的设计与研制，它们分别是：14．SGHz全永磁高电荷态ECR离子源LAPEC咫、传统常温ECR离子源GTS、混和超导ECR离子源HECRIS。另外，还从理论与实验两个方面对ECR离子源多电荷态离子束流的引出进行了详细研究。设计研制了一台高性能14．SGHz全永磁ECR离子源LAPECRZ，该离子源的设计尺寸为杯50mm*560mm，重量可达9ookg以上，为目前世界上体积与重量最大、设计参数最高的全永磁ECR离子源。全永磁离子源的尺寸增大一些，其加工与研制所存在的难度将会有质的变化。研制LAPEC形所存在的技术难度大大超过了以往所有全永磁ECR离子源。LAPECR2的磁场参数为：注入磁场1 ．4T，如果加注入端辅助铁扼，磁场可达2．6T；引出磁场为1 ．1T；六极永磁体在弧腔内壁产生的最大径向磁场的设计值为1．22T，实际加工得到的磁场大小为1．2T，与计算结果基本一致。该离子源的设计采用了多种特殊技术与方法以提高引出高电荷态离子束流强度，如：双层含铝衬底的等离子体弧腔、铝制等离子体电极、冷阴极电子枪（注入端负偏压电极）、旁轴微波直接馈入与等离子体位置相对于磁场可调等等。目前，我们已开始源体的组装。GTS离子源为目前世界上运行性能最好的常温ECR离子源之一。它的设计指导思想是ECR离子源的经验结论scaling Laws，高磁场、高磁镜比，高磁场梯度是该离子源磁场设计的主要特点。设计时充分考虑了多频加热机制，允许多频功率同时馈入弧腔：IOGHz＋14GHz＋18GHz＋ZSGHz。良好的磁场约束、灵活的磁场结构设计、高频率大功率微波馈入、大体积弧腔、足够的冷二次电子注入、优良的真空抽气系统、以及有效的束流引出系统等等都是该离子源高性能表观的原因。经过近一年半的优化与调试，该离子源运行性能优良，能产生很多领先国际伺类ECR源的离子束流，如：1.95emAO6+，O·semAArll”，o．15e拜AArl犷，31Oe瘩建叙e，哪se拼A豁岁”与0.4eμAXe39+为18GHz时调试的结果：1.OemAAr8+，1.8eμAAr17+24OeμAXe20+ ，20eμAxe30+与0.3oe从Axe38＋为在14GHz调试的最好结果。该离子源已多次为原子物理实验提供了Ar17+与Ar18+等高电荷态离子束流。HECRIS是一台高性能混和超导ECR离子源，其各项设计参数均高于GTS源，以保证该离子源能具有比GTS更好的性能。它的最小B场型设计继续沿袭现在ECR离子源设计惯用的Scaling Laws设计思想。该离子源采用较高频率的微波馈入，设计运行范围为18GHz-24GHz。该离子源着重于在运行调试中实现对轴向最小磁场Bmin的调节与匹配，这里采用两组超导线包进行辅助调节。径向磁约束由一个能在弧腔内壁产生1．6T径向磁场的六极永磁体提供，它强磁场设计与部分磁块存在的退磁问题的解决也是该离子源的一大特点与难点。文中还详细讨论一个高性能的Halbach结构六极永磁体的设计方法。分别从永磁材料选取、物理尺寸优化、结构选择等角度，结合理论分析与PolssON，PERMAG和TOscA3D程序的模拟计算结果，对六极永磁体的性能进行了全面的分析，提出两种确定六极永磁体中存在退磁磁块的办法，并且提出了一种用高极化矫顽力永磁材料替代退磁磁块中所采用的永磁材料的解决办法。对多电荷态ECR离子源的引出进行了理论与实验两方面的研究。利用PBGUNS程序，对ECR离子源的引出系统进行了一定的理论分析。通过模拟计算，详细地论述了引出系统的各主要物理参数对ECR离子源引出离子束流品质的影响。这些得到的结果，对设计一套高性能的ECR离子源引出系统具有一定的指导意义。结合理论分析，我们还设计完成了一系列关于ECR离子源引出系统的实验，来研究多电荷态离子束流的引出与短距离传输。采用电扫描发射度测量系统（ESS）探测离子束流在x与y方向的发射度，用两个荧光靶分别在束运线不同位置探测束流的束斑形状，并利用一个亮度探测器对束斑相对亮度进行探测。通过多组实验结果的处理，分别分析了离子源的几个主要参数如磁场、微波、掺气、偏压等对引出束流品质的影响并结合相关理论给予了解释，通过对混合多电荷态离子束流的三电极引出实验结果的讨论，建立了一个关于高电荷态ECR离子源束流引出的较为清晰的物理图象。

低能高电荷态离子与氦原子碰撞中的双电子过程研究

本工作采用散射离子位置灵敏探测和反冲离子飞摘．时问符合技术，在小于一300keV的能量范围内，研究了高电荷态Xe离子（q=15，17，19，21，23）与He原子碰撞中双电子转移截面与单电子转移截而比与入射离子电荷态的关系；研究了入射离子电荷态q＝4，5，6，7的等电荷态序列Cq＋、Nq＋、Oq＋、Neq＋与He原子碰撞中，电子转移截面比与入射离子原子序数的关系。对Xeq＋＋ He碰撞体系，主要研究了靶原子完全转移两个电子（σ2）与完全转移一个电子（σl）的截面比σ2／σl与入射离子电荷态的依赖关系。对靶原子双电子过程提出一步过程假定，修正了ECB模型。通过与已有绝对截面的比较，得到了很好的符合结果。使用修正模型计算的截面比解释了本实验的截面比测量结果。对等电荷态序列Cq＋、Nq＋、Oq＋、Neq＋与He原子的碰撞，主要研究了转移电离与单俘获截面比与入射离子原子序数的依赖关系。在统计模型的理论框架下，引入势能参数。Ω研究发现，等电荷序列的转移电离与单俘获截面比与碰撞系统的。有很强的依赖关系，说明单电子俘获形成的能量沉积是引起转移电离的主要因素。本工作还研究了势能参数几对碰撞系统的转移电离与双俘获之间的相互关系的影响。结果表明，。对转移电离和双俘获在靶原子双电子过程中的比率权重起着决定性作用。

多电荷态硫离子与氦原子和氢分子碰撞中的多电子转移过程研究

本工作采用反冲离子飞行时间技术和散射离子位置灵敏探测技术，实验研究了Sq+离子与He、H2碰撞中的多电子转移过程和分子离子的碎裂现象。研究了转移电离截面与单电子俘获截面比值和入射离子损失一个电子和两个电子的情况下，靶原子双重电离与单重电离的截面比值随入射离子能量和入射离子电荷态的变化规律，并对不同的碰撞体系的结果进行了比较。研究发现：在本工作研究的入射离子能区，对于HZ分子靶，双电子俘获自电离反应道：S2+H2→S(q-l)+2H++e-。是转移电离过程的主要贡献，而直接转移电离的贡献可以忽略；随着入射离子电荷态的增加，双电子俘获自电离的贡献增加，直接转移电离的贡献逐渐减小，但双电子俘获自电离的贡献的增加比理论预言的要慢。建立了蒙特卡罗程序模拟离子与分子碰撞中产生的具有不同的初始动能的离子碎片的飞行时间谱，深入分析和研究了Sq＋与H2分子碰撞中产生的H2+的解离过程和库仑爆炸过程，以及H＋碎片的能量分布。模拟结果与实验测量到的TOF谱的分析比较说明：在Sq＋与H2分子碰撞实验中，库仑爆炸是产生H+的主要反应道，而氢分子离子H2+发生解离产生H+的反应道相对很弱。

高电荷态离子引起的富勒烯离子的碎裂研究

在里昂第一大学原子物理平台上，采用静电离子阱技术，我们在三个激发能区内研究了高电荷态离子与富勒烯作用后C603”离子的稳定性及其碎裂方式。在56 kev的Ars＋离子与富勒烯碰撞中，当碰撞参数很大时，稳定的C研离子被一个静电离子阱俘获，储存一段时间后存活的离子被探测器测量，实验结果显示C_16oll（l．＝2-5）离子的损失主要是由于与剩余气体发生电荷交换，其相对于碎裂衰变过程的寿命大于400毫秒。在‘擦边碰撞，过程条件下，研究了处于低激发态的C60r+离子在20微秒内蒸发CZ分子的过程。基于考虑了热辐射的统计模型，给出了碰撞产生的C60r+离子的激发能的分布。随着碰撞参数的减小，当入射离子穿过C6。分子时，由于电子阻止使C6厂离子处于高激发态。通过测量发射电子数目，实验上确定了C60r＋离子的初始电荷态，本工作分析了高激发态的C60r＋离子碎裂前的电荷态与入射离子速度之间的关系，发现C60r”离子的碎裂方式只与它的初始电荷态有关，而与入射离子速度无关；同时，发射电子的个数可以用来表征C60什离子的激发能的大小

25MeV/A~(40)Ar+~(115)In反应中轻粒子发射研究及大面积位置灵敏闪烁探测器的研制

论文分为两个部分。第一部分：研究在25MeV/u ~(40)Ar+~(115)In反应中轻粒子发射机制。实验中，利用研制的轻粒子探测器测量了发射的P、#alpha#能谱。用三源模型拟合了轻粒子能谱，所提取的参数与费米气体模型的计算结果进行比较，分析了发射源形成和衰变的一些特点。第二部分：研制一种大面积幅度、时间、位置灵敏闪烁探测器。它是HIRFL上建成的第一阶段放射性核束物理实验终端的主要设备之一，在首次放射性核束调试中收到良好的效果。本文的目的是用经典理论研究了热核形成及衰变的一些性质，在即将开展的放射性核束物理研究中， 利用研制的大型探测器对经典理论普适性进行检验

带电粒子辅照生物分子改性的研究

本文是从超低能（110KeV）、低能（1-20MeV/u）重离子注入生物材料引起突变效应及其机理研究中产生的新生长点，从辐射化学角度通过对脱氧核糖核酸（DNA）、蛋白质以及组成DNA和蛋白质的基本单元的辐照损伤的调研，从物理角度对带电粒子（包括质子和重离子）高低传能线密度（LET）辐射与X射线、γ射线等低LET辐射加以比较，提出了采用带电粒子注入生物分子改性研究的新思路；并在此基础上，开展了一些实验工作。 在用质子束注入的甘氨酸水溶液的辐照产物的分析实验中，用气相色谱和质谱（GC-MS）联用技术的分析，得到了不同于X射线、γ-射线辐照甘氨酸水溶液的辐照产物——甘氨酰甘氨酸（甘甘二肽），并根据有关文献提出了产生这种产物的可能机理。从而从辐射化学方面为带电粒子对生物分子的辐照损伤反应提供了进一步的认识，也为从辐射生物学角度解释带电粒子对蛋白质这样大分子的作用机制提供了新的依据。

高电荷态氩离子与原子碰撞中的多电子转移过程研究

本工作建立起了符合关联测量实验装置，包括反冲离子飞行时间谱仪、散射离子位置灵敏探测器、差分拉瓦型气体喷嘴、基于微机的多参数数据获取系统以及数据分析和处理程序。在入射离子能量在80KeV～240KeV范围内，利用该装置系统研究了Arq++He，Arq++Ne和Arq++Ar（q=8，9，11，12）碰撞体系中的多电子转移规律，实验鉴别了反应中发生的各种多电子转移过程，测量了反应截面，获得了一批新的实验数据。 对于Arq++He碰撞体系，本工作主要研究了He原子的转移电离相对截面与入射离子能量和电荷态的规律，发现相对截面在所研究能区基本与入射离子能量无关，并利用核间势垒和复合分子的经典图象，描述了此碰撞体系转移电离过程发生的两种可能途径，估计了相对截面的经典上限，发现在此碰撞体系中，转移电离过程中电子关联作用起着重要的作用。 本工作系统研究了Arq++He和Arq++Ar碰撞体系中多电子转移反应截面与入射离子能量、电荷态和反冲离子电荷态的变化规律，以及反冲离子电荷态分布。研究发现，在低能高电荷态离子与多电子靶原子碰撞反应中，碰撞系统的相对运动动能对碰撞体系中的电子转移过程基本没有贡献；系统所具有的势能是碰撞体系中电子转移和靶原子电离的主要因素；在相同的入射离子条件下，靶原子电离能对电子转移有重要影响；碰撞反应中单电子过程占主要地位，而在多电子转移过程中，转移电离过程发生的几率一般大于纯的多电子俘获几率；入射离子单电子俘获截面、总电荷交换截面与入射离子电荷态成正比关系；入射离子电荷交换截面随离子俘获电子数目的增加而单调减小；入射离子俘获一个电子时，转移电离截面随反冲离子电荷态的升高而单调下降，而入射离子俘获电子数多于一个时，转移电离截面存在极大值分布现象，而且分布宽度随入射离子电荷态的升高具有增加的趋势。 本工作在分析实验现象和分子经典库仑过垒模型MCBM的基础上，提出基于MCBM描述，把高电荷态离子与原子碰撞反应中的电子转移过程分为四阶段描述的新想法，即：入射过程中的分子化→复合分子形成→复合分子解离和中间态离子的形成→多电子激发态散射离子和靶离子向末态的自电离衰变。并依据能量守恒原理，规范了处理多电子激发态离子发生自电离衰变的规则。在此基础上，对Arq++He和Arq++Ar碰撞体系中的电子转移截面进行了理论计算，通过与实验结果的对比研究发现，对在中间态形成的多电子激发态散射离子，根据这些规则进行自电离衰变修正后计算得到的结果与实验符合很好，因此，对多电子激发态离子的自电离修正是合理的，而且多电子激发态离子的自电离衰变是低能高电荷态离子与原子碰撞反应中转移电离过程发生的主要因素。

Preparation of monolithic column and its application in p-CEC

A novel monolithic stationary phase having long alkyl chain ligands was introduced and evaluated in pressurized-capillary electrochromatography of small neutral and charged compounds. The monolithic column was prepared by the in situ copolymerization of ethylene dimethacrylate, 1-hexadecene, allyl alcohol and 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid in a quaternary porogenic solvent mixture consisting of 1,4-butanediol, cyclohexanol, dodecanol and water.

Preparation of A-type zeolite membranes on nonporous metal supports by using electrophoretic technique

A-type zeolite membranes were prepared on the nonporous metal supports by using electrophoretic technique. The as-synthesized membranes were characterized by XRD and SEM. The effect of the applied potential on the formation of the A-type zeolite membrane was investigated, and the formation mechanism of zeolite membrane in the electric field was discussed. The results showed that the negative charged zeolite particles could migrate to the anode metal surface homogenously and rapidly under the action of the applied electric field, consequently formed uniform and dense membranes in short time. The applied potential had great effect on the membrane formation, and more uniform and denser zeolite membranes were prepared on the nonporous metal supports with 1 V potential.

Polar stationary phases for capillary electrochromatography

This review article summarizes the variety of polar stationary phases that have been employed for capillary electrochromatographic separations. Compared with reversed-phase stationary phases, the polar alternatives provide a completely different retention selectivity towards polar and charged analytes. Different types of polar stationary phases are reviewed, including the possible retention mechanisms. Electrochromato-graphic separations of polar solutes, peptides, and basic pharmaceuticals on polar stationary phases are presented.

The separation of biomolecules using capillary electrochromatography

The unique properties of capillary electrochromatography such as high performance, high selectivity, minimum consumption of both reagents and samples, and good compatibility with mass spectrometry make this technique an attractive one for the analysis of biomolecules including peptides, proteins, carbohydrates, nucleosides and nucleoticles. Irreversible adsorption between the biomolecules and the charged packing surface leads to a lack of reproducibility and serious peak tailing, so various approaches have been taken to overcome this and to improve the technique for future challenges.

Preparation and characterization of monolithic columns for capillary electrochromatography with weak electroosmotic flow

Monolithic columns of capillary electrochromatography (CEC) with weak electroosmotic flow (EOF) have been prepared by in situ polymerization of butyl methacrylate and ethylene dimethacrylate, without any charged groups in the reaction mixture. The reproducibility of such columns has been proved good no matter whether they are prepared in the same batch or in different batches. In the case of BMA-EDMA monoliths, besides the traditional ternary mixture - 1-propanol, 1,4-butanediol, and water, binary porogenic solvents with only alcohols have also been adopted. Compared with ternary porogenic solvents, the design with binary ones allows for fine control of the pore diameter and the formation of the specific surface of the monolithic polymers. The composition of porogenic reagents has also been shown to have an effect on EOF in the column systems. In addition, the Joule heat effect in such columns has been studied by varying the inner diameter of columns. Through the separation of acidic compounds, monolithic columns with low EOF have shown potential in the analysis of charged samples.

Modeling and optimization for separation of ionic solutes in pressurized flow capillary electrochromatography

By manipulation of applied pressure or voltage, pressurized flow capillary electrochromatography (P-CEC) permits unique control of selectivity for ionic solutes. A simple mathematical model has been developed to describe the quantitative relationship between the electrochromatographic retention factor (k(*)) of charged solutes and the applied voltage and pressure. The validity of the model was verified experimentally with hydrophilic interaction mode CEC (HI-CEC). On the basis of the model developed, it was found that the value of k(*) could be predicted accurately using only a limited number of data points from the initial experiments at different voltages or pressures. Correlation between the experimentally measured and calculated k(*) was excellent, with a correlation coefficient greater than 0.999. Optimization for the separation of peptides by P-CEC was also performed successfully on the basis of the proposed model.