HIRFL设备巡检报警与束流状态显示系统设计

在Visual C++环境下编制了一个用于HIRFL设备自动巡检和报警的应用。通过网络自动读取和显示当前所有受计算控制的设备（电源设备）状态，遇见设备故障时自动发出警报。具有响应用户的中断请求，选择或屏蔽设备，更改设备误差，自动存储故障记录等功能。在Visual C++环境下编制了另一个用于HIRFL束流状态显示的应用软件。通过网络自动读取和分析受计算机控制的束诊设备的参数，并实时显示相应的束流位置或状态。具有直观显示束流当前位置，动态描述束流走向等功能。这两个程序在功能上能够满足HIRFL设备自动巡检和报警以及束流状态显示系统研制的任务书要求。

HIRFL－CSR辐射防护设计

本报告介绍了在兰州重离子加速器冷却储存环的辐射防护中所作的一些工作，重点讨论了重离子核反应次级中子辐射场的确定，辐射屏蔽计算、设计，安全联锁系统、辐射监测系统的设计等。对能量不是很高的重离子加速器来说，辐射防护的主要问题来自于重离子核反应产生的中子，其它如γ射线、μ子等与中子相比均可忽略不计。然而由于种种原因，重离子核反应出射中子的实验数据还很缺乏，很难找到现成的数据用于辐射防护设计。在本报告中，采用了不同的方法来估算CSR的次级中子辐射场，并采用偏保守的数据作为辐射防护设计与环境影响分析的基础。实验和理论计算均表明，重离子核反应产生的中子包括两种成分，一种是具有强烈前冲分布的高能中子，另一种是更趋向于各向同性分布的低能中子。屏蔽体外的剂量主要取决于前者，而后者是造成空气、冷却水和屏蔽体活化的主要因素。根据重离子核反应的这种特点，在屏蔽设计中采用整体屏蔽和局部屏蔽相结合的方式，用尽可能少的经费来达到辐射防护的要求。重离子加速器产生的感生放射性除了受到初级束直接照射的靶、加速器部件外，其比放射性一般都是很低的。对于象CSR这样高能量的重离子加速器来说，产生的放射性核素种类是非常多的。然而，考虑到反应截面、半衰期、母核丰度等种种因索，只有几种核素需要特别重视。计算表明，CSR的感生放射性问题并不严重，它对工作人员和环境的影响是很小的。对靶、法拉第筒等受到初级束直接照射的高比放射性物质，由于其量很少，可以严密封装后妥善处置。从已有的加速器运行经验来看，加速器产生的辐射事故主要是工作人员在加速器开机时误入高辐射区内，或是操作人员在加速器区内尚有人时就开机。为了杜绝这类事故，除了建立健全规章制度外，还必须采取安全联锁的办法，使得工作人员在加速器运行时“不能”而不是“不许”进入高辐射区内。为了达到这一目的，在安全联锁中采用了“冗余”、多重联锁的设计思想，来保证工作人员的安全。辐射防护是一项关系到工作人员人身安全，减少射线对环境造成危害的工作，它在放射性装置的设计中是必不可少的。然而，仅仅依靠合理的辐射防护设计是不够的，必须对员工进行安全培训，牢牢竖立安全第一的思想，才能彻底杜绝辐射事故的发生，保障工作人员生命财产的安全。

HIRFL与HIRFL－CSR中子辐射源项的研究

为适应我所重离子加速器、特别是在建的HIRFL-CSR辐射防护工作的需要，本文计算了100、600、900MeV/u的~(12)C离子轰击Cu厚靶出射的中子能谱；为了用现有的实验数据验证本文所采用方法的效能，也计算了800MeV/u的Si和400MeV/u的Ar轰击Cu厚靶出射的中子能谱。主要采用的方法是：采用蒙特卡罗方法模拟计算入射粒子在厚靶中的能损、发生核反应时的动能及相应的几率；QMD程序计算出各个能量的薄靶的出射中子的双微分截面；根据在厚靶中入射离子发生核反应的能量、概率和出射的中子双微面计算出厚靶核反应中子产额。根据与实验值的比较，指出如假设参加核反应的入射离子初次轰击完靶后，保持核的完整性及初次核反应速度继续在靶的剩余部分中飞行，并如初始入射离子一样模拟计算其轰击靶时的动能和概率，可以提高其与实验值相符的程度。从辐射防护剂量学所允许的误差来看，所采用的方法的可行的，得出的结果是可用的。

HIRFL分布式控制系统嵌入式控制器设计

本文全面论述了一个基于PC104模块的嵌入式控制器的研制、开发及控制器的结构、性能和硬件软件设计。论文从HIRFL加速器分布式控制的要求出发，阐明了控制器的开发背景、基本结构的建立、电路的设计及主要元器件的选择和使用。论文分为两大部分，第一部分对嵌入式控制的理论及相关的技术作了简单的介绍，并对本设计中采用的嵌入式计算机PC104的结构做了说明，同时分析了目前HIRFL加速器控制系统的现状和进行嵌入式设计的目的。第二部分在详细地介绍嵌入式控制器硬件电路设计原理的基础上，结合理论进述了实际电路的设计，整个硬件的设计按功能分成模拟器件接口、I/O同步控制、并行I/O接口、抗干扰设计和主要芯片特性五大部分。软件设计采用面向对象的编程方法进行设计，操作系统软件采用微软公司的Windows CE，编程软件使用VC for Windows CE。论文从控制不同硬件的角度对软件进行分类说明。

HIRFL前束线真空系统的改造与HIRFL-800低温泵的设计及热负荷的计算

本论文首先介绍真空技术涉及的物理基础和真空获得的有关知识，然后讲述，了H_RFL（兰州重离子加速器研究装置）真空系统的基本概况，在此基础上阐述了本论文主要的两部分：H_RFL前束线真空系统的改造；新型H_RFL佩800低温泵的设计一及热负荷的计算。其中H工RF［前束线真空系统的改造已经于2001年9月份完成并为兰州重离子加速器的正常运行提供了必要的真空条件。新型111佩又FL佩800低温泵正在加工生产中，并将用于大型超高真空系统H工R凡厂SSC（兰州重离子加速器研究装置主加速器）的抽空。H工RFL前束线真空系统的改造介绍了兰州重离子加速器前束线真空系统的基本结构，详细说明了H工RFL前束线真空系统改造前的流导、气体负荷及压力分布情况。提出了具体的改造措施。真空系统达到了预计要求：泵口压强小于5只10-6Pa，两泵之间束运管道中心平面压强小于1x10-5Pa.结果表明H工RFL前束线真空系统的改造方案是有效的。新型HIRFL一800低温泵的设计及热负荷的计算介绍了近代物理研究所自行研制的新型H工RFL一800低温泵。对其抽速，低温冷凝板和屏蔽板的热负荷进行了具体的分析和计算。肯定了新型H工RFL佩800低温泵的设计方案。

利用HIRFL评估半导体器件单粒子效应敏感度的研究

用55MeV/u的~(40)Ar，离子对国内第一台专用的单粒子效应加速器模拟实验装置的注时探测器、能量探测器以及均匀度探测器进行了刻度。利用高能~(136)Xe离子获得了静态存储器IDT71256的单粒子翻转饱和截面和单粒子闭锁截面，在国内首次得到了该器件完整的G一LET曲线。并用改进的FONT方法预示了该器件以及其它常用宇航器件的在轨翻转率；用FOM公式、Barak经验公式和Lar叮模型推算这些器件的质子饱爪佩截而，少一仁对二种方法推算的结果进行了比较；探讨了利用HIRFL提供的高能~(12)C离子来模拟质子引起的单粒子效应的可能性；利用翻转截面与离子入射角度的关系估算了IDT71256敏感区的厚度以及聚酞亚胺膜的厚度，获得了截面与离子沉积能量的关系，临界沉积能量与临界LET值吻合，聚酞亚胺膜的厚度与对同类器件测量的结果一致；研究了离子入射角度对多位翻转的影响，在高LET值轰击下以及高能离子掠射的情况下，IDT71256多位翻转的比例可以高达70％，对于MBU敏感区中沉积的总能量及其分布范围是两个重要的参数；IDT71256单粒子翻转截面的角度效应主要是多位翻转的贡献；对实验中各种误差来源进行了分析。部分研究结果己经应用于星载七卜算机系统的抗辐射加固设计，建立的实验方法和理论模型为利用HIRFL开展宇航器件单粒子效应敏感度的评估奠定了坚实的基础。

HIRFL束流发射度测量系统的软件设计

束流发射度测量应用软件是在加速器控制和束流诊断的基础上，为方便加速器调束而设计的集测量、计算、绘图等功能为一体的计算机应用程序。本论文全面论述了在HIRFL束流诊断系统中，利用二次发射束流剖面测量装置和以图像采集处理为基础的多孔屏法测量装置进行束流发射度测量应用软件设计的开发过程。采用面向对象（OOP）的计算机编程技术，结合加速器物理知识、束流诊断技术、调束经验、数据图形化软件设计等多项技术，用VistlalC++6.O编译器完成应用软件的设计，并运行于Windows 9X／2000操作系统平台中。论文中阐述了目前国际上加速器以及HIRFL束流诊断技术的发展现状和本论文的研究工作及其意义；简要概述了几种束流横向参数的测量方法；对三剖面法束流发射度测量系统，包括束流剖面测量的工作原理，信号的传输与预处理，动态链接库的开发和发射度测量原理等作了比较详细地介绍，同时介绍了应用软件中各个功能模块的设计过程。在该系统设计中，本着方便运行人员操作的原则，将束流发射度测量结果形象、直观的显示在操作界面上，并一改以往测量与调节过程相分离的状态，将二者集于一体，使得测量和调节能够同步进行。在多孔屏法发射度测量系统设计中，介绍了系统的总体测量结构，并对用作图像获取的DT3 155接口卡的性能和工作原理作了详细地介绍，对荧光靶图像的处理方法作了较为深入的研究，同时系统的阐述了该系统应用软件的主要设计思想和各功能模块的实现过程。在这套系统中采用了图像变换、边界跟踪等数字图像处理技术，大大减少了数据处理量，提高了图像的处理速度，使得传统的荧光靶定性观测得以发展成实时、精确的定量测量。最后，根据计算机技术，网络信息技术及束流诊断技术的发展趋势，对发射度测量应用软件未来的改进设计作了进一步的设想。这两套应用软件均已在源束线进行了安装和测试，达到了预期的目的，并取得了较为满意的结果，具有实时、快速、精度高、界面直观友好等优点。

HIRFL-CSR超高真空烘烤系统的设计及建造

为了满足兰州重离子加速器冷却储存环6×10-9Pa的真空度要求，必须建立温度在200-300℃、控制良好的在线烘烤系统。HIRFL-CsR真空系统是一个超大型超高真空系统，系统全长50Om，总内表面积263m2（不包括装入真空室的其它元件），系统由500多个非标加工件构成，同时和磁铁、电子冷却、高频、高压静电等设备相连。本论文主要从烘烤温度确定、热电偶、加热及绝热套、功率计算及分布、烘烤控制、样机测试结果等几个方面介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）超高真空烘烤系统。用理论和实验的办法分析了烘烤对系统中残余气体成分的显著影响：研制了功率分布均匀、安装拆卸方便的烘烤夹克，尤其研制新型纳米粉绝热材料，测定了其绝热性能；在国内储存环系统中，首次应用计算机控制烘烤全过程，实现了安全、省力的运行。

HIRFL控制系统数据库系统设计

HIRFL（兰州重离子加速器）是我国第一个大型重离子物理研究装置。HIRFL控制系统是保证HIRFL系统正常高效运转的重要环节。本文利用数据库技术、网络技术设计了HIRFL控制系统数据库系统，实现了在网络环境中只使用一个应用程序就可对整个HIRFL系统控制进行控制的要求。论文首先介绍了数据库系统理论，然后对软件设计涉及的各部分基础知识进行了阐述，最后详细讨论了整个数据库系统设计中的数据库设计、应用程序人机界面设计等部分。数据库应用SQL Server 2000大型数据库，并使用ODBC技术作为数据库访问手段；人机界面部分使用面向对象编程技术进行Windows编程。整个论文工作在建立了一个包含整个控制系统各部分设备信息的数据库的同时，还提供了一套包含所有基本控制功能的HIRFL分布式控制软件，为HIRPL控制系统数据库系统的进一步完善提供了二次开发平台。

HIRFL智能控制系统的研究

本论文从HIRFL（兰州重离子加速器）运行对控制的要求出发，根据HIRFL-CSR大科学工程控制系统改造的目标和要求，我们采用将模糊逻辑控制，神经网络和遗传算法有机结合而进行全局优化的智能控制系统对加速器实施闭环控制。论文分为七章，第一章为引言，对HIRFL系统进行了介绍，同时对课题的背景和意义进行了说明。第二章首先介绍了智能控制的基本概念、研究对象、基本结构、功能特点和数学工具，然后对HIRFL智能控制系统结构进行了简单描述和分析。第三章详细地介绍了HIRFL控制模型辨识的方法及过程，其中包括对神经网络、模糊系统和神经模糊推理系统ANFIS的概念及相关技术的介绍以及在HIRFL控制模型辨识中的应用，同时对MATLAB辅助神经网络设计和MATLAB辅助模糊系统设计进行了介绍。第四章详细地介绍了HIRFL模糊神经网络控制器的设计，其中包括对模糊神经网络的概念及相关技术的介绍以及在HIRFL模糊神经网络控制器设计中的应用。第五章详细地介绍了HIRFL智能控制系统的建立，对遗传算法的概念及相关技术进行了介绍，并应用它对系统进行优化。论文的第六章应用HIRFL智能控制系统设计方法对HIRFL-CSR-COOLER系统进行智能控制系统的设计，并对设计结果进行仿真分析。第七章是结束语，首先对HIRFL智能控制系统进行了总结，然后对未来控制系统的发展谈了些自己的看法。整个论文工作实现了一套包含控制模型、模糊神经网络控制器和优化算法的智能控制系统，提供了进行闭环控制的一种模式，为进一步的智能调束研究提供了一套极具借鉴价值的加速器智能调束设计方法和方向。

HIRFL-CSR分布式控制研究

本文的日的是研究和解决HIRFL-CSR工程的分布式控制问题。论文在对分布式控制系统关键技术进行研究的基础上，提出了由RFL-CSR分布式控制系统的控制结构，研究了分布式实时系统设计和分布式井行算法，讨沦了嵌入式系统在HIRFL-CSR尺分布式控制系统中的应用，并对当前分布式控制系统中的关键技术进行了研究，给出了HIRFL-CSR从分布式控制系统的一个局部应用实例。论文分为七章，第一章为引言，对HIRFL-CSR工程和分布式控制系统进行了介绍，司时对课题的背景和意义进行了说明。第二章首先介绍了分布式控制系统的雄本思想和基于以太网和Internet的分布式控制系统。第三章介绍了RFL-CS尺分布式实时系统的设计。第四章介绍了分布式并行算法，提出了几个分布式并行算法的模型，并进行了分析和沦证。第五章介绍了嵌入式系统的葵本概念，在分析比较了当前主流嵌入式操作系统的基础上，介绍了嵌入式软件系统在HIRFL-CSR分布式控制系统中的移植和应用。第六章首先介绍了HIRFL-CSR尺分布式控制系统的软件实现，包括系统的层次结构，主要功能模块，以及软件实现中的卞要技术。给出了HIRFL-CSR分布式控制系统的一个局部应用实例。第七章是结束语，首先对HIRFL-CSR分布式控制系统进行了总结，分析了论文的不足和需要进一步研究的问题。整个论文实现了对HIRFL-CSR分布式控制系统的理论研究和设计，对HIRFL-CSR工程的分布式控制和现代工业控制系统的设计具有一定的指导作用。

CSR纵向运动研究

论文对建造中的兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）主环（CsRm）和实验环（CsRe）中束流的纵向运动进行了有针对性的较为详细的研究。首先，作为纵向运动的基础，介绍了加速器物理中纵向运动相关的基础知识，接着推导出同步加速器中束流纵向运动方程，并对纵向运动作了全面的理论分析，在此基础上对CSR内束流的纵向运动进行了计算机模拟研究，得到了高频参数在各过程中变化规律，为高频设备的调试及运行时的参数预置奠定了理论基础。CSRm的主要功能是进行束流的累积加速，从而为实验物理提供高流强、高能量、高品质的重离子束流。由于高频腔频率的范围有限，当HIRFL注入的束流能量较低时，用一次谐波无法对粒子加速。因而针对这一问题，论文对CSRnl内束流的加速过程进行了模拟研究，采用变谐波加速的方式，解决了较低能量下的加速问题。CSRe的主要功能是开展内靶实验和高分辨质量测量。重离子束在CSR工n中加速至中高能引出后剥离成类氢类氦或全裸的重离子注入到CSRe中，此束流具有较高的能量。对于一些特殊的原子物理实验，需要既低能（小于IOMeV／tl）又高离化的重离子束,这就需要在CSSRe中将高离化态的高能重离子束减速到低能，以满足物理实验那要求为因正论文对CSRe内束流的减速过程进行了模拟研究，得到了满足需要的束流。无论对束流加速还是减速都包括连续军的俘获过程，它是影响效率的一个很关键的因素，因而论文还对束流的俘获进行了详细的研究，采用了绝热俘获的方法，提高了加速和减速的效率。论文最后介绍了CSR高频系统、铁氧体及高频腔体测试原理和测试方法，给出了测试结果并进行了分析和讨论。

HIRFL-CSR真空测控系统

兰州重离子加速器冷却储存环（HIREL-CSR）真空系统是一个超大型超高真空系统，系统全长约500米，系统由1000多个非标加工工件、真空获得设备、真空计和阀门构成，与各类磁铁、电子冷却、高频、高压静电偏转板等设备相连［1］。兰州重离子加速器冷却储存环的真空要求很高所以我们选用了国外性能比较优秀的泵配合先进的工艺。实现了全环平均真空度达到6X10-9Pa。HIRFL-CSR真空设备有离子泵，分子泵，钦升华泵，阀门，真空计，质谱计等。需要显示和控制的设备为离子泵，真空计，阀门和质谱计。分子泵只在粗抽时使用，钦升华泵为间歇升华，因此不需要监控。我们要对储存环上的每个真空计的读数进行监测，通过对真空计的监测，实现报警，真空系统的连锁和对真空设备采取自动保护措施。本文主要从各种真空设备（真空计、真空泵、阀门）控制等几个方面介绍HIRFL-CSR超高真空控制系统。

HIRFL剥离器后切束线物理设计

HIRFL is a tandem cyclotron complex for heavy ion. On the beam line between SFC and SSC, there is a stripper. Behind it, the distribution of charge states of beam is a Gauss distribution. The equilibrium charge state Q_0 is selected by 1BO2(a 50° dipole behind the stripper) and delivered to SSC. One of two new small beam line (named SLAS) after 1B02 will be builded in or der to split and deliver the unused ions of charge states (Q_0 ± n) to aspecific experimental area. Q_0 ± n ions are septumed and separated from initial(Q_0) ion beam by two septum magnets SM1, SM2. The charge state selected by SM1 will be Q_0 ± 1(6 ≤ Q_0 < 17), Q_0 ± 2(17 ≤ Q_0 < 33) and Q_0 ± 3 (Q_0 ≥ 33) forming a beam in one of the two possine new beam line with the stripping energy of (0.2 to 9.83 Mev/A), an emittance of 10π mm.mrad in the two transverse planes and an intensity ranging from 10~(11) pps for z ≤ 10 to some 10~5 pps for the heaviest element. Behind SM2, a few transport elements (three dipoles and seven qudrupoles) tra nsport Q_0 ± n beam to target positions T1, T2 (see fig. 1) and generate small beam spots (φ ≤ 4mm, φ ≤ 6mm). The optics design of the beam line has been done based on SLAC-75 (a first and second - order matrix theory). beam optics calculation has been worked out with the TRANSPORT program. The design is a very economical thinking, because without building a new accelerator we can obtain a lower energy heavy ion beam to provide for a lot of atomic and solid state physical experiments