一氧化氮（NO）对人肝癌细胞的重离子辐射增敏作用

为了探索一氧化氮（nitric oxide，NO）作为重离子治癌的辐射增敏剂的相关机理和应用前景，本课题采用NO与12C6+离子束(或X射线)辐照协同作用人肝癌细胞（SMMC-7721细胞和HepG2细胞），研究了NO与辐照相结合对两种细胞的生物学效应影响，为重离子治癌中放射增敏剂的临床应用提供一定的理论基础和实验依据。现得出结论如下： 1． 重离子辐射与X射线辐射相比，能够更有效地杀死肿瘤细胞。 2． NO能够增加肿瘤细胞的辐射敏感性。 3 NO的放射增敏效果在一定浓度范围内存在浓度效应关系。 4 NO对不同细胞系的辐射增敏作用效果并不完全相同

12C6+离子束辐射对大鼠骨的影响

放射性骨损伤是一种严重的放射病，通常由放射治疗引起。在进行重离子治癌研究的同时，我们应该考虑放射性骨损伤的预防。本文通过细胞和动物两方面的研究实验，初步评估了12C6+离子束对大鼠骨的影响。在细胞学方面，我们首次使用体外原代培养的方法，成功地培养了大鼠成骨细胞并进行了12C6+离子束照射实验。结果表明：1，细胞在2Gy以上剂量照射后，增殖受到了明显抑制，细胞存活率随剂量加大而下降；2，照射细胞在形态上发生了明显的变化，例如，细胞大小不一，透明度增大，丝状突起减少，核仁增多等，这些变化在不同剂量点表现有所不同；3，照射使以碱性磷酸酶活性为代表的细胞功能受到了不同程度的影响。与此同时，我们对这些现象和结果进行了比较深入的分析和讨论。另外，我们对细胞体外原代培养的方法进行了一些经验总结和讨论。在动物实验方面，我们用12C6+离子束分别对大鼠进行了全身照射和股骨部局部照射，以生物化学，物理学，力学的方法研究了照射大鼠在骨代谢，骨密度，骨生物力学等方面受到的影响并分析了各种结果出现的原因。实验结果表明：除血清碱性磷酸酶活性在照射剂量下无显著变化之外，受照大鼠的骨质合成能力，骨密度，股骨的最大承载力和最大应力都出现了与剂量负相关的变化。在局部照射中，2Gy以下的剂量对大鼠股骨各检测指标没有显著性影响

注碳二氧化硅中高能重离子辐照效应研究

本论文工作采用“低能离子注入+高能重离子辐照”实验方法，通过建立注 碳二氧化硅（SiO2）中结构变化和新结构形成与高能重离子辐照参数的关系，比 较系统地研究了注碳SiO2中高能重离子辐照效应， 并对辐照效应产生机理进行了 初步探讨。 实验中，先将120keV的C离子注入SiO2样品，再用Xe、Pb、U等多种高能 重离子辐照，然后用FTIR、Raman谱和TEM等分析技术对样品进行表征。 实验结果表明， 高能离子辐照注碳非晶SiO2在注碳区形成管状径迹， 在高能 离子引起的离子径迹及其附近区域形成了SiC、 碳团簇、 SiOC结构和CO/CO2分子 并观察到了局域纳米晶化现象，形成的 SiOC 和 SiC 具有链式和笼式结构。新结 构的形成与碳离子注入剂量、高能离子辐照剂量、电子能损以及总沉积能量密度 有关，并存在相应的阈值。根据实验结果并结合热峰模型，我们认为高能重离子 辐照可能在注碳SiO2中引起了一系列化学反应， 其驱动力来自于强电子激发引起 的热峰过程。研究结果还表明，“低能离子注入+高能重离子辐照”是合成具有 特殊功能材料的一种有效手段，通过选择合适的高能重离子辐照，实现有选择结 构相变，可以合成新型功能材料。

重离子辐照引起的金属/金属界面混合与相变研究

本论文用重离子在室温下辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu(5n m)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5(8)/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5)和Fe/Nb(Si /[Fe(10nm)/Nb(4nm)/Fe(4nm)/Nb(4nm)]2/[Fe(4nm)/Nb(4nm)]4))金属多层膜样品，然后利用X射线衍射谱、俄歇电子元素深度剖析谱、透射电子显微镜和振动样品磁强计对样品进行分析。主要研究界面原子混合、相变现象及其与离子辐照参数之间的关系。 1. 室温下用400 keV Xe离子辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu (5nm)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm))和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，离子辐照引起了Fe/Cu多层膜中Fe与Cu原子的混合和Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体地出现；而在Fe/Nb多层膜中，离子辐照引起Fe与Nb原子的混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 2. 室温下用2 MeV Xe离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合，辐照量较大时形成Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体；而在Fe/Nb多层膜中，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 3. 室温下用2.03 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：对于Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)多层膜，辐照量为1.0×1013ions/cm2时，发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化；对于Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5多层膜，随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合；对于Fe/Nb多层膜，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 4. 室温下用1.08 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：在Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5和Fe/Nb多层膜中，辐照引起Fe层与Cu（Nb）层混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 最后，对重离子辐照引起多层膜界面原子混合及相变的机理进行了探讨

薄膜硅材料的重离子辐照改性研究

选择具有重要应用价值的纳米晶硅及非晶硅薄膜材料，对比研究了快重离子辐照薄膜Si材料所引起的辐照效应，主要有如下工作： 1) 用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)以及常压化学气相沉积法(APCVD)在玻璃衬底上制备纳米晶硅薄膜(nc-Si)与非晶硅(a-Si)薄膜。制备的nc-Si和a-Si薄膜的厚度分别为∼200 nm和∼400 nm。 2) 室温下，用94 MeV的Xe离子辐照nc-Si和a-Si薄膜以及单晶硅(c-Si，晶向(100)，电阻率0.001 Ω·cm，作为对比样品)，辐照量分别为1.0×1011、1.0×1012 和1.0×1013 ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪、Raman谱仪进行检测分析，对比研究纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学性能及结构的变化。 3) 通过UV/VIS/NIR谱，我们得到了不同结构硅材料的光学带隙值及折射率随辐照量的变化规律。通过分析硅材料辐照前后Raman谱的变化，讨论了不同晶体结构的影响。 4) 结合UV/VIS/NIR与Raman结果初步讨论了硅材料结构影响辐照效应的机理。对于a-Si薄膜样品，辐照可能引起了样品局域的再结晶。对于nc-Si薄膜样品，Xe离子辐照先引起nc-Si晶粒的破碎，使样品出现非晶化过程，然后再遵从a-Si薄膜样品中离子辐照效应变化规律

利用重离子辐照及蚀刻技术制备锂离子电池隔膜

本文通过对目前锂离子电池市场及锂离子电池隔膜制备现状的研究，提出采用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜的新方法。拓展了重离子辐照技术的应用，为锂离子电池隔膜的国产化另辟蹊径。实验中，用能量25 MeV/u 的Kr86及11.4 MeV/u的197Au离子，以1×108 cm-2-5×109 cm-2剂量辐照聚丙烯薄膜，通过电导测量法监测蚀刻液的参数，包括温度、硫酸浓度、重铬酸钾浓度对径迹蚀刻速率的影响，得到适合的蚀刻条件；并用场发射扫描电镜对孔的形状及孔径大小进行表征；成功制备出孔径均匀、具有密度和大小可控的重离子径迹聚丙烯孔膜；对孔洞锥角的形成进行分析，给出锥角的计算公式，为利用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜提供了实验数据

重离子放射增敏药物的研制及辐照对喹喔啉的作用

马蔺子是鸢尾科植物马蔺的干燥成熟的种子。本科植物的种子中富含对醌类化合物，据报道马蔺子甲素具有对γ射线的辐射增敏作用。本文研究了马蔺子甲素的分鉴定，基衍生物的制备以及对荷 S180 小鼠的重离子增敏作用。在研究马蔺子甲素 Q 以及衍生物 Q1-Q8 对荷 S180 小鼠的辐射增敏作用时，分别在有氧和乏氧条件下进行，小鼠被随机分成 6 组，对照组，γ射线照射组，碳离子照射组，背地里纯用药组，γ射线合并用药组，碳离子合并且药级。乏氧条件是通过夹住小鼠的茶瘤肢造成局部缺氧 20 分钟。马蔺子甲素及衍生物用叶温 -80 及生理一盐水稀释，在辐照前用药。γ射线的照射剂量为18Gy,而碳离子选用剂量为 6Gy， 肿瘤体积每隔 2 天测定一次，我们通过计算肿瘤的抑瘤率（IR），增敏比（SER），氧搁置比（OER）发现，在乏氧情况下 Q、Q7、Q8 全并碳离子的增敏比大于有氧情况下，同时氧搁置比降低，而抑瘤率和体外细胞毒率（HCR）的选择性增加。这一结论表明，某些对醌类化合物有选择性的增加乏氧细胞的敏感性。肿瘤中的乏氧细胞一直被认为是放疗不能完全奏效的主要原因，生物还原性药物在肿瘤的治疗中能杀死实体瘤中对射线不敏感的细胞。SR-4233 是一苯并三嗪二氧化物，它已被证明具有放射增敏作用，并且有选择性的细胞毒作用。通过 Beirut 瓜合成了两个（M1，M2） 喹喔啉类化合物，对荷 S180 小鼠的增敏作用实验分为 6 组，在乏氧情况下，单纯碳离子照射的抑瘤率 58.8%，而合并 M2 为 66.36%，合并 M1 为 70.1%。通过紫外光激发 M1 分子的 ESR 谱发现，此类化合物在光激发下发生 O-N=C-C=N-O 体系的的电子转移引起的双键转移，形成氮氧双自由基。推测碳离子可能产生更多的稳定自由基作用于 S180 瘤组织。同时研究了用重离子对乙酰甲喹、喹酰氨醇及 BF0 的结构改性，其可能性及机理通过对其结构与生物活性的分析得到，因为辐照生成的产物复杂且量非常小，分析结构工作困难，然而发现经辐照后搞菌作用明显提高。从这个实验我们和道重离子与药物分子的作用不仅有能量的沉积而且有质量的沉积，这不同于X，γ射线。由于这种原因重离子引起药物结构改变较X，γ射线更重要，重离子作用机制有自己的特点，有待于深入认识，因此加强重离子药物分子改性的基础研究有重要意义。

同中子素核9C、8B、7Be和6Li在中能区与28Si反应总截面的测量

放射性束流(RIB)装置拓广了实验核物理在同位旋(T_z)自由度上从稳定核直到滴线核的广袤空间。通常，位于β-稳定线及其附近的核，N／Z在1－1.5范围变化，其分离能E_s无论对于质子还是中子，总是在6-8 MeV之间；对于远离稳定线的非稳定核，N／Z可在0.5-4范围变化，如~9C的N／Z = 0.5，~(10)He的N／Z = 4，而且分离能E_s是在0-40 MeV之间变化的，开展对这些远离β-稳定线非稳定核性质、结构的研究是目前核物理的前沿之一。核反应总截面σ_R是表征原子核性质特征的一个基本物理量，从实验测得的核反应总截面中可以得到有关核结构和核内核子分布的信息。在由放射性束流所产生奇异核的结构与各种反应机制研究中，反应总截面的测量更是有其特殊的重要性，具有奇异核结构如晕核的一个典型的物理特征就是其反应总截面要比稳定核大得多，Tanihata等人最早就是通过对放射性束流的相互作用截面的测量发现了具有奇异结构的核，即中子晕核。由于反应总截面的测量对探测器的要求不高，而且数据分析过程相对较为简单，因而反应总截面的测量已经成为放射性束核物理的研究的一个非常重要实验手段。中子晕核以及中子皮核的发现促使人们去寻找质子晕核和质子皮核，由于最后一个质子的结合能非常小只有136，keV，并且有较大的电四极矩，因而使得~8B成为质子晕的最大热门候选核，有关~8B是否具有质子晕核结构的问题，许多实验科学家得出了相互矛盾的回答；而目前有关另外一个质子晕候选核~9C的实验数据非常少，目前还没有人从实验上对~9C是否为质子晕核这一问题进行肯定或否定的回答。因此非常有必要测量~9C和~8B的反应总截面。对反应总截面进行研究的一个非常有用理论就是Glauber模型，该模型考虑了库伦效应的多次散射理论。它是一种基于自由核子-核子(N-N)碰撞的与核物质密度相关的理论，因而能够从实验测量到的反应总截面中提取核物质分布的信息。该理论对中低能区的反应总截面描述却有一个缺憾：理论值比实验值都要小。本论文主要描述了利用透射法测量了中能区同中子素核~9C、~8B、~7Be及~6Li与~(28)Si的反应总截面，并介绍了重离子碰撞以及描述重离子性质的几种常用理论。在论文里对实验测量得到的结果进行了理论分析，这些理论包括半经验的Shen公式、Glauber模型、BUU模型以及SHF理论。如果将~9C和~8B当成具有正常核结构来处理，半经验的Shen公式和Glauber模型(HO密度分布)的理论计算值总是比实验值要小得多；对于Glauber模型的理论计算值和实验值的差异，Ozawa等定义了一个差值因子d，方德清等人对轻核系统的d值进行了详细的分析。一般认为，正常核的d值在20％以内，而对于具有晕或皮奇异结构的核，其d值则超过30％，甚至可达50％，因此可根据一个核的d值是否超过30％而且比相邻核的d值明显大这种半经验的方法来判断一个核是否具有奇异结构；利用d值的分析结果，我们认为：~9C和~8B都具有奇异核结构；对于BUU模型用同样的方法引进差值因子d值，对于~9C和~8B有相同的结论。用SHF理论计算得到B和C同位素的密度分布结果显示，~9C和~8B的密度分布比相邻的同位素扩展都要大得多。为减小Glauber模型计算的反应截面与实验值的差别，本论文还对Glauber模型的输入密度形式进行了修改，在原单一HO分布基础上加一个高斯分布的尾巴，并对丰质子的同中子素核~9C、~8B、~7Be及~6Li与~(28)Si靶以及~(12)C和丰中子的C同位素核~(13-16)C与~(12)C靶的反应截面重新进行了计算，结果显示在中能区的计算值比原来单一密度分布的计算结构有明显改善。

重离子束治癌相关生物学效应及机理研究

重离子束治癌是当今放射治疗中最科学、最先进、最有效的方法，是有代表性的高技术。目前仅有美、日、德实现了该技术，并已取得常规疗法难以实现的疗效。我国近年来开展了“重离子束治癌技术的基础研究”，其中，放射生物学及机理研究是重要内容。本论文从细胞、DNA分子、以及动物个体的三个不同层次上分别研究了重离子束治癌相关的生物学问题。在细胞研究方面。采用HeLa、B 16两种细胞分别研究了X一射线和重离子在水介质中入射的深度与相应细胞的存活率(1一失活率)，结果表明：X一射线对细胞的损伤随深度而逐渐衰减(或细胞存活随深度逐渐增加)，而重离子对细胞的损伤则为Bragg曲线(或细胞存活为倒Bragg曲线)。研究了25MeV／u ~(40)Ar~(14+)辐照人肝癌细胞SMMC一7721的微核及存活的动态变化，结果表明： 单次照射与分次照射的微核率随时间的变化规律在96h内没有明显区别，受照(单次、分次) 肝癌细胞的存活数随时间表现出衰减趋势，微核率与细胞存活数关系的动态变化为负相关性。研究了6MV X-射线和125．5keV／μm的重离子辐照B 1 6、V79细胞的2Gy存活率(SF2)，结果表明：B16和V79细胞的存活率(P<0．01)依赖于不同的辐射性质(X-射线、~(12)C离子)，其X-射线与~(12)C离子辐射这两种细胞的存活率之比分别为5．4和1．43，即~(12)C离子辐射增强了X-射线抗性细胞系的敏感性，从而显示了重离子治疗癌症的优势。研究了125．5keV／um的碳离子辐照小鼠黑色素瘤B16、人的宫颈癌HeLa、中国仓鼠肺V79、人的肝癌SMMC-7721四种细胞的相对生物学效率(RBE)，得．到了RBE依赖于细胞种类的关系、RBE随细胞存活水平的升高而增加的关系、以及当LET≥125．5keV／μm时，RBE随着LET的增大而变小的关系。在DNA分子研究方面。研究了125．5keV／μm~(12)C~(6+)辐照小鼠黑色素瘤B 16、中国仓鼠肺V79、人的宫颈癌HeLa、人的肝癌SMMC一7721细胞的灵敏度(由D50表示)、DNA双链断裂(DSB)和DNA双链断裂片段分布，结果表明：细胞敏感性与DNA双链断裂之间没有一致的关系，提出了细胞辐射敏感性的一种可能的分子机理，即DNA序列敏感性位点协同DNA双链断裂互补性机理。由此解释了四种细胞系的不同敏感性问题。在动物个体研究方面。研究了57．28MeV／u氧离子50Gy一次性局部照射对B16黑色素瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用，并观测了受照小鼠的死亡情况，结果表明：照射B16黑色素瘤后第10天观察，肿瘤生长延迟为6天、肿瘤抑制率为66％，耐受剂量小于50Gy。研究了50MeV／u ~(12)C~(6+)离子辐照对小鼠移植性肿瘤S180的抑制作用、控制率、治愈率和病理组织学变化，结果表明：各剂量组对S180肉瘤的抑制作用均大于90％，高剂量组抑瘤作用明显强于低、中剂量组(P

重离子辐照诱导的DNA双链断裂研究

目的：重离子辐射生物学效应机理和哺乳动物细胞对重离子的辐射敏感性机理在目前仍颇有争议，是辐射生物学研究的热点。材料与方法：采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳、氧、氩等重离子辐照体外培养的贴壁细胞，以集落法测定细胞的存活率；辐照琼脂糖包埋的细胞样品或DNA样品，以脉冲场凝胶电泳(PFGE)分析辐照诱导的DNA双链断裂(DSB)。结果：1．DNA片段释放百分比(PR)值随着剂量的增加而增加，在超过一定剂量后趋于一个准阈值；而DNA断裂水平与剂量之间呈线性关系，DSB产额为O.19-1.55DSBs/100Mbp/Gy；以~(60)Co γ射线为参照，得到重离子辐照诱导DSB的相对生物效率(RBE)为0.73-2.72。2．剂量率是影响DSB诱导及其片段分布的因素之一，剂量率越大，DSB产额越高，DSB诱导截面越大。但剂量率低可以使片段的非随机分布更为明显。3．重离子辐照诱导的DSB可以修复，修复方式主要是小片段连接成大的片段。4．无论是~(60)Coγ射线，还是碳、氧、氩等重离子，直接辐照DNA分子和辐照完整细胞诱导DSB的比值为1.64-2.64。说明细胞组分对DNA分子有一定的保护作用。5．辐照DNA分子诱导DSB的RBE随传能线密度(LET)的变化而变化，但IBE最大值远小于细胞失活的RBE最大值。结论：1．重离子辐照DNA分子诱导的DSB初始产额与细胞失活机理之间有一定的联系，但以此来解释细胞失活还不够充分；而不可修复的DSB才是细胞失活最主要的原因。2．细胞对重离子的辐射敏感性与DSB初始产额的关系不明显，但与细胞对DSB的修复能力高低密切相关。3．重离子辐照诱导的DSB片段是非随机分布的，其产生与DNA序列有关，即DNA分子上存在对重离子辐照敏感的位点。重离子辐照沉积的能量可以直接或间接地沿DNA链迁移，从而使得DNA分子上相对较弱或亲电性较强的化学键优先断裂。敏感位点即这些相对较弱或亲电性较强的化学键，而这 种化学键的产生是与敏感位点邻近的几个核苷酸相互作用的结果，即敏感位点应该是一段DNA序列。

CAMAC Windows 2000驱动程序设计

兰州重离子加速器（HIRFL, Heavy Ion Research Facility at Lanzhou）是中国最大的、在国际上享有较高知名度的中、低能量重离子物理基础及其应用研究装置，HIRFL控制系统是这一大型研究装置的重要组成部分。CAMAC是HIRFL控制系统最重要的硬件接口设备，Windows 2000是HIRFL控制系统最理想的软件运行平台，所以设计一个标准的CAMAC Windows 2000驱动程序对HIRFL控制系统有着重要的意义。本文首先介绍了Windows 2000的系统总体结构以及与驱动程序编写密切相关的内核模式I/O组件。在硬件环境方面，简要叙述了CAMAC接口和EISA总线的知识。内核模式I/O处理是编写驱动程序最重要的知识，文章对此作了详细的阐述。驱动程序的各个内核模式对象是驱动程序开发的基本数据结构，是驱动程序的生命线，这部分内容在论文中占有一定的比重。在实际的驱动程序代码中，有很多类和例程，本文就几个关键的类和例程进行了剖析。最后就如何构造和安装驱动程序作了说明。作者用Microsoft Visual C++ 6.0和Windows 2000 DDK作为工具，成功地开发了CAMAC Windows 2000内核模式驱动程序并制作了最终安装版本，取得了比较满意的结果。它的完成，将会对HIRFL控制系统性能以及HIRFL的运行效率产生积极的影响。

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。

重离子同步加速器SIS中的束团纵向稳定性理论、测量和模拟

本论文中的工作是在德国重离子研究中心（GSI）和中国科学院近代物理研究所的联合培养计划下完成的。论文以GS工的重离子同步加速器SIS为主要研究对象，就其强流运行及为GSI最近批准的新项目而升级的纵向动力学方面进行了研究和探讨。该项工作对于在建的大科学工程兰州重离子储存环HIRFL-CSR有借鉴意义。在GSI的新项目国际重离子、反质子加速器科学研究装置的蓝图中，现有的重离子同步加速器S工S将作为前级提升束流的强度和能量。束团的纵向稳定性是保证可靠的强流运行所必须回答的问题，包括以下内容，在本文中分别进行了探索和解答：纵向的重离子加速器环境阻抗模型；在可能的阻抗条件下束流线性稳定性；在阻尼及不稳定性效应下束流相空间分布的演化行为和结果（发射度增长、粒子丢失等）及其内在机制；对不稳定性和束流相空间稀释效应进行控制的可能性。不同流强下束流纵向相空间测量，这是本论文工作的一个重要基础。自洽的Vlasov束团模型（任意外场加空间电荷效应下的束流匹配）和实际运行中的非理想捕获过程（有限的高频电压上升时间，对应不同的绝热系数），作为任何束团运行和稳定性研究的前提分别在论文中得到了厘清。解析方面的工作包括定态和微扰理论，即将线性Vlasov方程应用于束团，并在适当的近似下得到简洁的解析方程。经过重新推导，得到了修正的Sachrer积分方程，使之在强空间电荷效应下的仍然适用，由此得到了线性稳定图。编写调试成功了PIC（particle-in-cell）算法的模拟程序，和线性理论相互校验，并与己得到的实验结果进行了对比，对实际运行中复杂过程进行了模拟，并研究了不稳定性发展后期非线性阶段。线性理论，模拟和实验结果有很好的一致性。在SIS实验中观察到一种流强相关的束团相干模式演化现象，该现象揭示出束团中朗道阻尼条件，这与束团稳定性密切相关。对空间电荷抑制朗道阻尼效应及发射度增长进行了细致研究。提出用快反馈装置控制相空间稀释的思路。线性理论和模拟的结果都预言，在阻性阻抗和空间电荷阻抗存在下，藕合束不稳定性是515多束团强流运行的潜在威胁。阻性阻抗来自管壁及加速器部件的有效导电性或特殊共振结构，或直接来自频率偏置的高频腔。阻抗补偿或特殊的束团操作可以用来控制桃合束不稳定性。

多电荷态混合束传输的理论及实验研究

本文对ECR离子源引出的混合束流传输特性进行了较为深入讨论，并在此基础上，对ECR混合束流传输的模拟计算以及空间电荷中和方法，从理论和实验两方面做了较为深入的研究。在同时考虑到离子空间电荷效应，离子一离子碰撞所造成的离子间动量交换，以及离子与管道剩余气体作用、不同电荷态离子之间的作用所造成的电荷交换效应的基础上，结合原子物理方法和蒙特卡罗方法，充分利用计算机可视化程序设计方法，独立成功研制了一套专门的混合束传输程序McIBs1.0，并且对中国科学院近代物理研究所原子试验平台（14.5GHzECR离子源及相关的传输线）做了初步的模拟计算。通过计算发现Glaser透镜确实对离子具有很强的分选作用。同时发现，在一定的条件下，可以依靠Glaser透镜对混合束聚焦形成空心束流。另一方面，对Glaser透镜在ECR混合束传输过程中的作用做了较为深入细致的分析研究。除发现Glaser透镜具有以上所提到的分选功能以及可以在一定条件下形成空心束的功能外，还提出了Glaser透镜和ECR离子源弓！出线包可能能够共同形成磁约束空间电荷透镜的新观点。完成了负高压电极法中和束流空间电荷效应的实验研究，其典型结果是，在负偏压电极加一6KV负高压时，对于O6+，在终端法拉第筒上取得了束流强度与原束流强度相比增加幅度为26％＜△I＜30％的较好试验结果。同时自行构建模型，对其做了仔细的理论分析和计算。针对 ECR高电荷态强流离子束，在该领域首次独立提出使用负电性气体中和高电荷态混合离子束空间电荷效应的新方法，完成实验，证明了其可行性和可靠性。并取得了通过该方法，使O7+束流稳定增加12％、Ar11+束流稳定增长14％、Ar8+稳定增长39％的较好结果。

DNA重离子辐照敏感性序列的探索

DNA是辐射损伤的关键靶分子．有关高LET射线诱导的D＼A双链断裂（DSB）的机理之一，即DNA上是否存在辐射敏感性序列己逐步成为辐射生物学研究的热点基于重离子对DNA损伤的重要性和复杂性，刘DNA DSB非随机分布现象和DNA上是否存在敏感性序列，口前仍颇有争议，对其机理没有统一的解释．木论文瞄准DNA辐照敏感性这一前沿课题，从实验和理论两个方面进行研究．本研究的两个主要目的：1．实验卜用重离子对体外D狱照射，验证垂离子诱导的DSB非随机分布．2．理论上建立模型，揭示DNA簇损伤机理，预测。SB的分布．实验的材料与方法：采用兰州重离子加速器装置引出的7.19MeV/u20UNe7+，5.19 MeV/u 22No2+离了辐照质粒DNA．对辐照样晶，采用凝胶电泳分析！〕M链断裂分布；采用红外技术分析DM的微观损伤．理论模型：对DSB非随机分布机理提出假设：一方面与重离子在其径迹周围产生的人量低能次级电子有关；另一方而与DNA碱基的化学性质以及碱基的排列特征有关，即DNA上存在敏感性序列．建立了DNA吸附低能电子共振激发引起D＼A损伤模型，探索了将量子化学从头计算用在DNA损伤机理的研究中．结果：1．电泳结梁证实了DSB片断的非随机性分布，结果还发现，大剂量照射时DNA出现严重的交联，剂量越大交联产额越高，而且交联片断分布也是非随机的．2．红外分析发现DNA上关键基团的特征峰振动强度随剂量的增加而增加，剂量效应明显．3．得出了质粒DNA三种形式变化与剂量的关系。4.掌握了基于LinLlx系统的Trax对重离子深度剂量模拟．5．用量子化学计算了小分子的电子激发势能面以及DNA上小官能团，以及寡核营酸的化学性质．