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。

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。

GAPRICE引出系统的改进

CAPRICE 10GH_z是一个小型的有两个ECR级的电子回旋共振多电荷重离子源，它将作为注入器1.7M SFC的外注入源，而传统的PIG源将不再被使用。本文首先叙述了ECR源的历史、发展和原理。然后，对从等离子体源中离子的引出进行了比较详细的讨论，并且对于CAPRICE源提出了改进意见和设计方案，改进后的引出系统由一个加减速电极结构组成，等离子体电极和加速电极的半径分别是3mm和8mm。一个特殊的磁驱动轴被用来远距离控制等离子体电极和加速电极之间的距离，这个距离从30mm到51mm变化。这套系统已经被安装在CAPRICE实验工作台上，并且进行了调试。本文还介绍了CAPRICE实验工作台上的90°双聚焦分析磁铁的物理设计和它的主要特点。最后，给出了在我们实验室中CAPRICE对于N、O、Ne、Ar、Xe的一些有益的实验结果

螺旋线型静电偏转器的研究设计与加工

ECR离子源中产生的束流经守输送线注入SFC的中心区。静电偏转器的作用是将轴向注入的束流偏转90°后进入加速器的中心平面。偏转器作为注入元件对束流的中和光学性质影响极大。由于束流在偏转器中同时受到电场和磁场的作用，其运动轨迹比较复杂。使得偏转器的电极面的形状复杂化，给机械加工带动来了困难，本论文就螺旋型静电偏转器的物理性质、轨迹计算，以及加工方法进行了探讨。值得一提的是，为了加工偏转器曲面作者改装了一台数控锐床，并配制了相应的驱动程序。 这种方法对于机械加工行业中广泛应用的金属切削机床的数控改造具有实际意义

CAPRICE源磁场改进和冷阴极电子枪的应用及激光离子源的初步实验

在本文第一部分主要描述了ECR离子源的现状、发展和重要物理机制，着重介绍了CAPRICE 10GHz ECR源磁场构形的改进，使其Ar~(8+)离子束流增强了约20%且注入级和引出级线包的电功率消耗分别降低10%和20%。当把冷阴极电子松应用于CAPRICE源中时，Ar~(8+)离子束流入140μA增加到240μA微波功率也有明显降低。所有这些结果都表明ECR源对于气体或已产生的固体蒸气是一个很好的离化装置，为了将激光技术应用于ECR源中来产生固态元素离子，我们又开展了激光离子源的研究.在第二部分则介绍了激光源的现状、发展和激光产生等离子体的物理过程，并详细研究了激光参数及掺气对激光等离子体的影响，在实验中，当用磁镜场或磁Cusp场约束激光等离子体时，离子总束流峰值增加了约5倍；而在激光产生等离子体后附加上高频再游离装置时，同样也使总束流峰值从460μA增至1.4mA，这些低电荷态离子数量足以使ECR源产生需要的高电荷态离子输出

SFC新的中心区研究

为了解决SFC高频电压不足带来的问题及适应SFC向更重离子加速的趋势，设计了一个注入半径#rho#_0=3.0cm的螺旋线型静电偏转器及重新设计SFC的中心区电极。对新设计的静电偏转器，用程序RELAX3D计算了电场，并对其一些重要性质作了分析；最后对新的中心区进行了动力学方面的分析，着重讨论了轴向聚焦、轨道中心化、轴向和径向相空间接受度，同时也对中心区的高频相位接受情况和聚相作了研究。新的中心区系统增加了三次谐波加速时的注入电压，提高了ECR离子源的引出束流强度，减小了空间电荷效应，同时它也较好地处理了轨道中心问题，因此它必将改善SFC的束流品质，提高SFC的束流引出效率

等时性回旋加速器的理论与设计

本论文比较系统地介绍了等时性回旋加速器的理论，并以兰州重离子加速器系统的注入器SFC和主加速器SSC两台等时性回旋加速器为例介绍该类型加速器的设计特点和设计方法，以及作者在这两台加速器上所做的一些具体设计和改进工作。 首先一般性地介绍加速器尤其是回旋加速器在原子核物理及粒子物理中的作用以及在其它应用学科中的作用，加速器学科尤其是回旋加速器的发展水平和发展趋势。在第二章中给出经典回旋加速器和等时性回旋加速器的理论基础，包括等时性加速原理，轴向聚焦和径向聚焦的稳定加速条件以及由扇块产生的方位角调变磁场提供的轴向聚焦力，径向运动稳定区和共振理论，和加速平衡轨道理论。从第三章到第五章，从等时场的建立，注入系统及引出系统等比较具体的方面来阐述该类型加速器的理论和各种实现方法。第三章介绍GORDON理论和Kb——Kr两种比较常见的理论等时场的建立方法，磁铁和线圈的设计和作用，以及磁场的测量。还介绍了对实际等时性磁场的评价以及通过对束流相位的测量来反映实际等时场的作用和对等时场的再优化等方法。在第四章中，系统地介绍了利用外离子源或利用其它加速器作为注入器时通常采用轴向或者径向注入方法。注入引出系统尤其是注入系统通常是影响一台加速器传输效率的关键性部分，因而在如何提高注入系统的效率方面人们做了大量的工作，特别是轴向注入方法。回旋加速器的中心区是注入的结束和正常加速过程的开始，其设计的好坏对注入效率和后面的束流轨道也是很重要的。第五章在讨论束流从加速器中的引出时，主要强调束流用户或后级加速器对引出束流品质的要求以及引出效率，因而强调了较高的内束流质量和单圈引出的重要性，以及提高引出点的圈距的具体的方法如提高加速圈距、共振进动和非共振进动方法。引出路径上的束流聚焦也是引出系统设计应考虑的一个方面。另外还介绍了再生引出和剥离膜引出方法。在这几章中不仅介绍了回旋加速器的理论，通常从Hamilton方法出发，而且还介绍了进行实际加速器设计中常用的束流轨道数值计算方法。但前者在理解加速器的物理图像方法以及在设计初期对某些重要的参数的评价和估计方面是很必要的。在介绍等时性回旋加速器的理论和设计方法的同时还以SFC和SSC两台回旋加速器和它们的分系统的具体设计为例子作了比较详细的实际应用对照。 论文的最后部分，即第六章是介绍作者自己在回旋加速器的理论和设计方面的部分工作，为了保持整篇论文的协调一致，没有将在国外所做的工作列入，只编入了在HIRFL上进行的直接与回旋加速器的物理设计有关的工作： ① 作者提出的一种新的等时场垫补和优化方法，该方法利用回旋加速器垫补线圈的磁场贡献具有台阶性的特点，对垫补或优化区域采取从小半径到大半径或反过来逐步垫补的方法，它既适用于紧凑式回旋加速器也适用于分离扇回旋加速器，它具有直观性和可对垫补及优化过程进行直接干预的特点。 ② 对SFC的轴向注入系统进行了改进设计，新的注入系统配备两台在线ECR离子源并加强和增加了注入束运线的功能，如增加了离子源的电荷态分析能力，束流发射度的限制功能、进行发射度测量和束流状态的监测功能等等。新的注入系统还提高了三次谐波加速情况下的注入电压以减小空间电荷效应的影响。相比原系统新的轴向注入束运系统有更高的注入效率，更好的调束手段和更好的空间安排。 ③ 对SFC轴向注入束运线的聚束器系统进行了重新设计，用二台分别工作再SFC采用基波加速模式和三次谐波加速模式下的不同聚束器结构代替原来的一台聚束器，以适应SFC较宽的加速粒子和能量范围，并提高了聚束器本身的指标，可以明显地提高轴向注入系统的传输效率和SFC的内束流质量，同时该聚束器系统还采用了新的半频聚束模式，在不影响SFC的效率和束流质量的情况下可以将SFC与SSC的理论纵向匹配效率由原设计的50%提高到100%。 ④ 对SFC加速器的中心区进行了改进设计，配合轴向注入系统将三次谐波加速时的注入半径由2.5cm提高到3.0cm，使加速较重的重离子的条件得到改善，并保留基波加速时2.5cm的注入半径，即新的中心区要适应两套注入参数，每次仅更换新的螺旋线型静电偏转镜。新的中心区还照顾到SFC高频DEE电压在某些情况下偏低的不足。 ⑤ 在对HIRFL加速器系统进行了全面的分析后，提出了一系列的提高其束流指标和运行效率的改进措施，作为进一步工作的方向，并给出了在完成目前正在进行的改进工作后和2000年前后HIRFL可能达到的束流指标。 在附录中一般性地介绍了Hamilton分析力学和带电粒子束的相空间理论，在讨论了束流动力学研究中经常用到的传输矩阵方法和轨迹跟踪方法。在附录二中介绍了加速器用的多电荷态离子源的情况，尤其是以ECR离子源为代表的高电荷重离子源的情况。

SFC控制系统软件设计

兰州重离子研究装置（Heavy Ion ReSearch Facility at Lanzhou, HIRFL）是我们研究所得一个大型实验装置，它包括SFC和SSC两个加速器和两条束运线。本论文比较系统地介绍了HIRFL束流诊断系统的改造和SFC分布式控制系统的设计。 在第一章中，简单介绍了国际加速器控制系统的现状和HIRFL控制系统中存在的问题。在第二章一般性地阐述了描述束流品质的各个参数，这些参数的测量原理以及测量这些参数的装置。本论文的第三章详细叙述了HIRFL束流诊断系统的改造方法、过程和结果，结果准确可靠，人机界面非常友好，给调束带来很大的方便。第四章介绍了计算机网络的基本概念，描述了在选用TCP/IP协议的条件下，利用Socket（套接字）实现Windows环境下的实时网络通信的具体过程和步骤，其中参与通信的双方是以客户机和服务器的形式存在的。第五章讲述了SFC分布式控制系统的实现，并在实时网络通信的基础上完成了ECR源扫谱程序和I/O级的网络通信程序。 论文的最后一章，介绍了对HIRFL束运线进行优化控制的一个设想，利用系统辨识的方法可以得到束运线的数学模型，并提供了自适应控制的实现细节，这也是作者对实现HIRFL优化控制的一个愿望。

Molecular characterization of an ecdysone inducible gene E75 of Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis and elucidation of its role in molting by RNA interference

Ecdysone inducible gene. E75 is a primary target of ecdysone receptor (EcR). and is found to play a critical role in the molting process of arthropods In this study, a cDNA encoding the E75 of Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis (FcE75) was cloned using RT-PCR and RACE techniques FcE75 cDNA was 3611 bp in length with an ORF of 2394 bp. The deduced amino acid sequence of FcE75 had the highest sequence identity to E75 from a land crab Gecarcinus lateral's and E75 of the shrimp Metapenaeus crisis Quantitative real-time PCR revealed a prominently high expression of FcE75 mRNA in the whole body RNA extract of late premolt period (D3) juvenile shrimp. The role of E75 in the process of shrimp molting was investigated using the RNA interference technique Long double-stranded RNA corresponding to the FcE75 (dsE75) efficiently silenced the FcE75 transcript levels in juvenile F. chinensis. Further, injection with dsE75 completely arrested the molting process in experimental shrimp which eventually caused death Setogenic analysis of the uropods from molt-arrested shrimp, showed defective epidermal retraction, poor development of setae and new cuticle. These results indicate that E75 might be related to the molting process and is essential for proper molting and survival of shrimp This is the first report demonstrating the use of double stranded RNA to elucidate the possible role of E75 in the molting of decapod crustaceans (C) 2010 Elsevier Inc All rights reserved