CSRe团簇内靶温度闭环控制器设计；Design of Closed Loop Temperature Controller for CSRe Internal Target System

介绍了国家重大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)团簇内靶温度闭环控制器的设计。该控制器给气体喷嘴处测温电阻提供长时间稳定度为0.1%的1mA恒定电流,通过12位ADC得到喷嘴温度,并通过混合信号处理器MSP430F149来实现制冷/加热闭环操作。在多种不同实验气体的情况下,该控制器的温度控制精度小于0.5K。目前,该控制器在现场工作良好。

CSRe储存环动力学孔径研究(英文)；Dynamic Aperture Studies for CSRe Storage Ring

动力学孔径对环形加速器,尤其是现代的储存环,起着越来越重要的作用。采用MAD程序研究了兰州重离子加速器实验环(CSRe)的动力学孔径。通过对比几种情况下的模拟结果,发现六极铁和二极铁的高阶场对束流的动力学孔径影响较大,使CSRe的动力学孔径减小,但减小后的动力学孔径也远大于该环的物理孔径。因此,束流可以长期、稳定的存在。

A high performance Time-of-Flight detector applied to isochronous mass measurement at CSRe

A high performance Time-of-Flight detector has been designed and constructed for isochronous mass spectrometry at the experimental Cooler Storage Ring (CSRe) The detector has been successfully used in an experiment to measure the masses of the N approximate to Z approximate to 33 nuclides near the proton drip-line Of particular interest is the mass of As-65 A maximum detection efficiency of 70% and a time resolution of 118 +/- 8 Ps (FWHM) have been achieved in the experiment The dependence of detection efficiency and signal average pulse height (APH) on atomic number Z has been studied The potential of APH for Z identification has been discussed (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

Commissioning of electron cooling in CSRe

The 400 MeV/u C-12(6+) ion beam was successfully cooled by the intensive electron beam near 1 A in CSRe. The momentum cooling time was estimated near 15 s. The cooling force was measured in the cases of different electron beam profiles, and the different angles between the ion beam and electron beam. The lifetime of the ion beam in CSRe was over 80 h. The dispersion in the cooling section was confirmed as positive close to zero. The beam sizes before cooling and after cooling were measured by the moving screen. The beam diameter after cooling was about 1 mm. The bunch length was measured with the help of the signals from the beam position monitor. The diffusion was studied in the absence of the electron beam.

Secondary electron time detector for mass measurements at CSRe

The Isochronous Mass Spectrometry is a high accurate mass spectrometer. A secondary electrons time detector has been developed and used for mass measurements. Secondary electrons from a thin carbon foil are accelerated by ail electric field and deflected 180 degrees by a magnetic field onto a micro-channel plate. The time detector has been tested with alpha particles and a time resolution of 197 ps (FWHM) was obtained in the laboratory. A mass resolution around 8 x 10(-6) For Delta m/m was achieved by using this time detector in a pilot mass measurement experiment.

CSRe Schottky 质量谱仪研究

HIRFL-CSR 联合Schottky信号诊断的方法为高精度测量离子质量提供了一个新的途径，本论文研究了CSRe Schottky 质量谱仪的原理,电子冷却模式下进行质量测量时的磁铁设置，各种系统误差以及能达到的精度估计。首先研究了CSRe的线性lattice中动量压缩因子对动量色散的依赖，以及动量压缩因子的高阶项的存在会对常用的线性质量刻度造成多大的系统误差。讨论了利用六级铁的适当设置减小这种系统误差的方法，给出利用MAD程序的模拟的CSRe六级铁的适当设置数值以及动量压缩因子对动量分散的依赖曲线。接着详细讨论了其他的几种主要的系统误差以及消除方法，给出了一种新的准确度更高的非线性的质量刻度方法。最后研究了电子冷却模式下CSRe Schottky质量谱仪精度的决定因素，调研了在CSRe上进行对190Ir和188Os可行性以及估计了在现有条件下，能够达到的精度,探讨了进一步提高质量刻度的精度和准确度的实现途径

CSRe束流动力学研究

非线性动力学对于环形加速器，尤其是对现代新型的加速器来说，起着越来越重要的作用。非线性力的引入使得束流在真空管道中的稳定性大大降低，对物理实验产生较大的影响。所以对束流动力学尤其是非线性动力学的研究已成为加速器研究中的一个必要的、重要的课题。 本文首先对加速器物理的基础知识和兰州重离子加速器冷却储存环及其实验环（HIRFL-CSRe）做了一定的介绍。然后给出了非线性力存在时的动力学孔径的理解和此时动力学孔径的多种研究方法。 接着本论文对束流的共振情况做了推导和描述，用映射的观点，通过Normal Form这一数学工具研究了CSRe的非线性动力学。然后用加速器常用的软件（COSY INFINITY）研究了HIRFL-CSRe在各种状态下由于高阶场误差带来的非线性力对各阶共振力的影响。 最后，也是本文的核心部分。用MAD程序研究了CSRe横向动力学。对CSRe色品进行了校正，并计算了色品六极铁对CSRe Lattice的影响。对CSRe理想Lattice的动力学孔径进行了计算，然后根据实际测磁数据计算了CSRe在有二极铁和四极铁高阶误差等多种情况下的动力学孔径，最后通过实际实验时的束流的各种参数的测量说明了理论计算和实际情况一致，强度和稳定性都能够满足物理实验的要求。 本论文对CSRe系统的运行和CSRe各项实验有着一定的实际意义

CSRe横向动力学研究

随着现代加速器向高能、强流、长寿命束流方向的发展，非线性动力学已经成为现代加速器研究中一个非常重要的课题。非线性力的引入使得束流在真空管道中的稳定性大大降低，对物理实验产生较大的影响。因此束流动力学尤其是非线性动力学，在现代加速器的研究中已经起着日益重要的作用。 本文首先对束流横向动力学的基础理论进行了介绍。然后通过实际的测量数据，利用MAD程序对CSRe的二极铁离散性误差和四极铁的安装误差所引起的闭轨畸变进行了模拟和校正，并比较了不同的校正方案，将CSRe的闭轨畸变均方根校正到了0.1mm以下。 接着本文介绍了动力学孔径的概念，并给出了非线性力存在时的动力学孔径的理解和此时动力学孔径的多种研究方法。 最后，本文利用MAD程序对CSRe的横向动力学进行了研究。对CSRe色品进行了校正，并计算了色品六极铁对CSRe Lattice的影响，分析了CSRe的色差效应。对CSRe理想Lattice的动力学孔径进行了跟踪模拟。 并对粒子能量为400MeV和600MeV时，存在二极铁和四极铁高阶场误差情况下的动力学孔径进行了跟踪研究。

HIRFL-CSRe的团簇内靶建设

HIRFL-CSRe的内靶有两种工作模式：团簇靶模式和原子束极化靶模式，团簇靶用于为实验环内的物理实验提供厚度为1011-1013 atoms／cmZ的氮、J隋性气体和甲烷等小分子的气体薄靶。本工作主要是进行兰州重离子冷却储存环实验环团簇内靶的建设，完成了团簇内靶的安装和准直、真空测试、温度测试、流量刻度、抽速刻度以及运行稳定性测试等工作，并去得了一些结果。总体来看，除轻气体外，团簇内靶的整体指标（靶厚和真空）达到了设计要求，对轻气体尚需进行改进。尚需优化的两个方面：1）解决喷嘴堵塞问题。除了液氮之外，采用其它靶气体源都出现了喷嘴堵塞现象，这个问题直接影响到团簇靶的正常运行；2）对于较轻的气体，如Ne和H：，获得的靶厚较小或者没有，而且各级的真空较差。经过分析，认为喷嘴堵塞的原因有两个方面，一是靶气体本身含有杂质，二是外界杂质。由于喷嘴级的分子泵对于轻气体没有足够的抽速和压缩比，不能将残余轻气体及时抽走，从而导致真空较差，当还没有获得有效靶厚时，团簇源第一级真空腔体的气压已经超过分子泵的工作气压了，因而对H：未获得有效靶厚。对于以上两个问题，我们采取了两项措施：1）设计加工了气体纯化装置，采用制冷与过滤相结合的方法对充入系统的气体进行预先纯化，该装置己完成加工，即将进行实验；2）优化抽气系统，增大团簇源第一级对轻气体的抽速和压缩比。

冷却储存实验环功率源的设计与计算

RF system of HIRFL-CSRe(cooling storage experimental ring)was designed by ourselves and manufactured domestically,which operates in the frequency range of 0.5~2.0 MHz at first and second harmonic modes.Based on detailed engineering calculation,the design of RF generator was completed.It will work not only in CW mode but also in the mode of ramping pulse modulation,and the maximum power is up to 70 kW.It satisfies the requirement of 10 kV maximum deceleration voltage to capture the irradiative beam and decel...中文摘要：对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5～2.0MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70kW。满足最高加速或减速电压10kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400MeV/u减速到30MeV/u。

HIRFL-CSR commissioning in 2006 and 2007

HIRFL-CSR, a new heavy ion cooler-storage-ring system at IMP, had been in commissioning since the beginning of 2006. In the two years of 2006 and 2007 the CSR commissioning was finished, including the stripping injection (STI), electron-cooling with hollow electron beam, C-beam stacking with the combination of STI and e-cooling, the wide energy-range synchrotron ramping from 7 MeV/u to 1000 MeV/u by changing the RF harmonic-number at mid-energy, the multiple multi-turn injection (MMI), the beam accumulation with MMI and e-cooling for heavy-ion beams of Ar, Kr and Xe, the fast extraction from CSRm and single-turn injection to CSRe, beam stacking in CSRe and the RIBs mass-spectrometer test with the isochronous mode in CSRe by using the time-of-flight method.

千兆电子伏重离子加速器——兰州冷却储存环

能量达千兆电子伏的兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个集加速、累积、电子冷却及内外靶实验于一体的多功能双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子回旋加速器系统HIRFL作注入器。CSR将重离子束的能量从兆电子伏提高到千兆电子伏,同时利用空心电子束冷却技术将束流的动量分散及发射度降低1~2个数量级,并提供多种类的高电荷态重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展更高精度的物理实验及更广范围的应用研究。兰州冷却储存环于2006年建成并投入运行,实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生与收集以及重离子束的快慢引出,并实现了高能重离子束的空心电子束冷却,使得重离子束的动量分散降低到10-5量级,而发射度收缩到0.1πmm.mrad以下。同时,完成了短寿命近滴线核素的高分辨质量测量物理实验及高能重离子束深层治癌的临床应用实验。

兰州重离子加速器冷却储存环全面优质建成并投入运行

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)是我国自主设计建造的第一个大规模、高能量、全离子加速的重离子冷却储存环系统,属国家"九五"重大科学工程。它利用原有的兰州重离子回旋加速器系统(HIRFL)作注入器,采取主环CSRm与实验环CSRe耦合的双环结构,可将重离子束的能量从1—100MeV/u的低中能区提高到500—1000MeV/u高能区。同时利用空心电子束冷却技术将束流品质提高一个数量级,并提供包括放射性束RIBs在内的更多种类的重离子束,用以开展范围更广、精度更高的物理实验,是一个开展多学科交叉研究的大科学平台。2000年4月HIRFL-CSR工程由原国家计委批准开工建设,总投资2.935亿元;2005年9月建成并开始试运行;2008年7月30日通过国家验收且正式投入运行。验收意见指出,HIRFL-CSR工程全面优质完成了建设任务,实现了验收指标,其中主环加速碳、氩束流的能量和流强超过了设计指标,总体性能达到了国际先进水平。

冷却储存实验环功率源的设计与计算

对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5～2.0MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70kW。满足最高加速或减速电压10kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400MeV/u减速到30MeV/u。