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Excited states in Tl-188,Tl-190 have been studied experimentally by means of in-beam gamma spectroscopy techniques, and resulted in the identification of a strongly coupled band based on the pi h(9/2) circle times nu i(13/2) configuration with oblate deformation. The oblate band in doubly odd Tl nuclei shows low-spin signature inversion. It is the first experimental observation of low-spin signature inversion for a band associated with the oblate pi h(9/2) circle times nu i(13/2) configuration.

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为了在CSRm的电子冷却器上进行辐射复合以及双电子复合实验,需要探测能量小于4MeV/u的离子,因此设计了新的置于超高真空环境的CsI(Tl)闪烁探测器,探测器采用的光电倍增管为R7525(Hamamatsu)。介绍了新闪烁探测器的结构,并对其进行了性能测试。测试结果表明,该探测器对高、低能离子均有良好的响应,探测器的信号十分明显。探测器的最高计数率可以达到106ions/s,并且探测器附近的真空度可达10-10Pa量级,能够满足辐射复合与双电子复合实验以及储存环对真空的要求,为今后在CSRm上进行复合实验打下了良好的基础。

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ZnO thin films were implanted at room temperature with 80 keV N+ or 400 keV Xe+ ions. The implantation fluences of N+ and Xe+ ranged from 5.0 x 10(14) to 1.0 x 10(17)/cm(2), and from 2.0 x 10(14) to 5.0 x 10(15)/cm(2), respectively. The samples were analyzed using Raman spectroscopy and the Raman scattering modes of the N- and Xe-ion implanted samples varying with implantation fluences were investigated. It was found that Raman peaks (bands) at 130 and 578 cm(-1) appeared in the spectra of ion-implanted ZnO samples, which are independent of the ion species, whereas a new peak at 274 cm(-1) was found only in N-ion implanted samples, and Raman band at 470 cm(-1) was found clearly in Xe-ion implanted samples. The relative intensity (peak area) increased with the increasing of the implantation fluences. From the comparison of the Raman spectra of N- and Xe-ion implanted ZnO samples and considering the damage induced by the ions, we analyzed the origin of the observed new Raman peaks (bands) and discussed the structure changes of ZnO films induced by N- and Xe-ion implantations.

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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.

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The structural stability of C-60 films under the bombardment of 1.95 GeV Kr ions is investigated. The irradiated C-60 films were analyzed by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Raman scattering technique. The analytical results indicate that the irradiation induced a decrease of icosahedral symmetry of C-60 molecule and damage of C-60 films; different vibration modes of C-60 molecule have different irradiation sensitivities; the mean efficient damage radius obtained from experimental data is about 1.47 nm, which is in good agreement with thermal spike model prediction.

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本论文介绍了原子核高自旋态研究的一般概况及有关核模型,描述了在束γ谱实验的原理与技术、数据分析与处理方法,然后着重分析和讨论了双奇核190Tl和146Tb高自旋能级结构的特性。 利用能量为175和167MeV的35Cl束流,通过反应160Gd(35Cl,5n)研究了双奇形变核190Tl的高自旋能级结构。实验进行了γ射线的激发函数和各向异度、X-γ和γ-γ-t符合测量,建立了由πh9/2νi13/2扁椭球转动带和一个具有单粒子激发特征的级联组成的190Tl能级纲图。确定地指定了190Tl的转动带自旋值,首次发现了190Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带的低自旋旋称反转。基于双奇核Tl能级结构的相似性,重新指定了双奇核192-200Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带能级自旋值,澄清了二十多年来国际上一直没有解决的自旋值指定问题且在这些扁椭形变核中均出现了低自旋旋称反转。考虑了p-n剩余相互作用的2-准粒子—转子模型定性地解释πh9/2νi13/2扁椭球转动带出现的低自旋旋称反转现象。 利用118Sn(32S ,1p3n)反应研究了双奇球形核146Tb的高自旋态,建立了激发能达8.39 MeV的能级纲图,其中包括新发现的41条γ射线和新建立的27个能级,并指定了新发现能级的自旋值和部分能级的组态。146Tb81的低位激发态是二准粒子态,高位的激发态是四准粒子态,或二准粒子与偶偶核芯低位激发态的耦合,更高位的能级则是六准粒子态,甚至八准粒子态。利用经验壳模型对部分全顺排组态的激发能进行了理论计算

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本文主要分为两部分,第一部分是有关兰州多阵列4π探测器的设计,它主要是用于中能核反应的实验研究,因而它是根据中能核反应的特点来设计的,具有大的立体角的覆盖,好的空间分辨,低的能量阈以及较大范围的能量、动量测量和良好的粒子分辨等特点。第二部分主要介绍了此4π探测器的单元探测器的研制,其单元主要是由快塑料闪烁体和CsI(Tl)晶体组成的叠层望远镜及由快塑料与慢塑料闪烁体组成的叠层望远镜,主要包括快塑料闪烁体(BS498x)的研制,碘化铯(铊)晶体的选择,光子在闪烁体和光导中传输效率的模拟计算,光电倍增管Base电路的设计,最后是利用HIRFL加速的~(18)O和~(40)Ar束流轰击Ni靶产生的核反应产物对上述两种单元进行了测试,取得非常好的粒子分辨和轻粒子同位素分辨。

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在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中,电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建,主要用于高能γ射线和电子的探测,共需要约1020根晶体单元探测器,总重量约3500~5000公斤。另外,我们还计划在CSRm的外靶实验终端建造一个可测量单个射线、所有射线的能量求和以及多重性的γ球探测器,该探测器预计使用CsI(Tl)晶体,总重量约1700公斤。鉴于近代物理所对CsI晶体的大量需求,我们启动了自行研制大尺寸CsI晶体的计划。目前,我们已经掌握了利用Bridgman晶体生长技术,生长出高品质、大尺寸CsI晶体(~100mm×350mm)的工艺。同时我们也掌握了各种不同尺寸和形状的CsI晶体加工工艺。测试结果表明,自行研制的CsI(Tl)晶体的多项指标均好于其他厂家的同类产品。本论文工作的主要内容有:(1)高品质、大尺寸CsI晶体生长工艺的摸索;(2)自制CsI晶体性能的系统测试,包括:光产额的温度效应、PD/APD读出时的能量分辨(源测试)、表面处理和光输出的关系、包装材料的选择、光输出非均匀性、辐照硬度等,以及自制CsI(Tl)晶体在重离子物理实验中的应用等;(3)基于GEANT4软件包,建立了CsI(Tl)晶体探测器的模拟程序,模拟主要集中在对影响单元探测器性能的因素进行分析,包括:侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型和厚度、提前簇射、晶体光输出非均匀性等。建立了EMC探测器的模拟框架,并通过模拟初步确定了HPLUS中EMC探测单元尺寸和和探测单元数目,为EMC设计的优化以及HPLUS的整体模拟打下了重要的基础

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在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中,电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一,其性能将直接影响CSR上强子物理实验的水平。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建,主要用于探测来自于强子碰撞中的高能光子和电子。中科院近代物理研究所已经完全掌握了高品质、大尺寸(~F100mm×350mm) CsI(Tl)晶体的生长和加工工艺。测试结果表明,近代物理所自行生长的CsI(Tl)晶体的多项指标都明显优于其他厂家的同类产品。目前,使用自行生长的CsI(Tl)晶体制作的探测器在实验中已得到很好的应用,表现出优良的性能。为优化HPLUS的设计,需要进行大量的Monte Carlo模拟计算,包括物理事例产生器的建立、子探测器的设计及其响应、数据的输出等。目前基于GEANT4的HPLUS模拟软件包正在建立中。EMC是HPLUS的子探测器之一,相应的模拟模拟程序也在建立中。本论文的工作的主要内容包含两个方面: (1)自行生长的CsI(Tl)晶体性能系统测试。包括:能量分辨水平、光输出对温度的依赖关系、辐照硬度以及大尺寸晶体的光输出均匀性等。 (2)为HPLUS的EMC探测器搭建了初步的模拟框架。基于GEANT4软件包,建立了EMC的模拟程序,并对EMC prototype探测器的设计进行了初步模拟,如:侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型、提前簇射等,确定了prototype探测器的尺寸和阵列数,为prototype探测器的设计提供参考依据;对CsI(Tl)晶体单元探测器的光学效应也做了相应的模拟,包括晶体的表面处理和几何形状对闪烁光收集的影响等,并在实际工作中指导了晶体的表面处理

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对于重离子束辐照诱导的人类肝L02细胞hprt基因突变和DNA损伤效应目前还很少有报导。在重离子治癌和载人空间飞行当中,评价重离子辐照对病灶周围正常组织的辐射危害和空间重离子射线对宇航员的辐射风险越来越重要。本论文通过研究hprt基因突变频率、突变谱以及DNA损伤情况,为正确评价重离子对人体正常组织细胞的辐射风险及危害提供基础数据和依据。利用兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的12C6+离子束(到达细胞样品处的能量为83.6MeV/n,对应的LET值约为30keV/m)和医用电子直线加速器提供的X射线(8MV,对应的LET值约为0.2keV/m)对体外培养的L02细胞进行0~6Gy照射后,在含有6-TG的培养基中克隆、6-TG筛选hprt突变细胞株,细胞克隆法测定hprt基因突变频率。各照射剂量分别随意挑取9~10个hprt基因突变株扩大培养,分别提取DNA后用多重PCR法扩增hprt基因的九个外显子,利用琼脂糖凝胶电泳观察其缺失突变谱。利用常规彗星电泳方法检测12C6+离子束(LET为30 keV/μm)辐照后人类肝L02细胞的DNA损伤情况,以CASP软件逐个分析彗星图像,主要检测头部DNA(HDNA%)尾部DNA(TDNA%)、彗星全长(CL)、尾长(TL)、尾矩(TM)和Olive尾矩(OTM)等指标的剂量-效应关系,并用SPSS11.5软件进行统计学分析。最后绘制出并线性拟合TM-剂量曲线。实验结果显示,人类肝细胞L02细胞系hprt基因对12C6+离子束和X射线辐照是敏感的。L02细胞对12C6+离子的存活分数明显低于对X射线的存活分数,即12C6+离子对L02细胞的致死效应强于X射线。两种射线照射后,每106个存活细胞中突变克隆的个数随照射剂量增大而增大。受致死效应影响,受照细胞的突变频率先增大后减小,都在1Gy处达到最大值,与文献报道的其他重离子辐照细胞诱导突变的结果相似。在所分析的突变细胞克隆中,发生缺失突变的概率最大,且大多数为大片段缺失突变。文献报道X射线多诱导微小突变和小片段缺失突,说明高LET的重离子辐射比低LET的X射线所引起的细胞损伤更大。另外,随着照射剂量的增加,完全缺失突变几率呈逐渐增大的趋势。但由于能够分析的细胞克隆数有限,进一步的研究是必要的。彗星电泳实验结果发现辐照以剂量依赖的方式引起L02细胞彗星图像TDNA%、CL、TL、TM和OTM等指标的增大,且TM值与剂量成线性正相关。说明该LET的12C6+离子束对DNA有较强的致损伤效应,且与剂量成正相关。本文实验所用碳离子束的LET(30keV/m)恰处于重离子治癌当中离子束贯穿健康组织到达肿瘤靶区之前入射通道上所具有的LET范围之内。本文的突变频率实验结果显示重离子束诱导正常组织细胞hprt基因突变的频率要高于X射线,也就是重离子束辐射对正常组织的远后效应及辐射风险与危害要大于X射线。突变谱实验结果表明单次大剂量碳离子照射对于hprt基因乃至细胞和组织都会造成很大的损伤。彗星电泳的结果也显示重离子对正常细胞一定的致DNA损伤效应。因此,应在充分考虑重离子束对正常组织辐射风险的前提条件下合理地制订治疗计划,在治疗当中应尽量避免对正常细胞组织的单次大剂量照射,使得重离子治癌成为一种最有效且安全的放射治疗模式。另外,在宇宙空间中,碳离子虽然在空间重离子中所占的比例较小,但从本文结果可以看到其也存在一定的辐射风险。因此,在载人空间飞行当中也应充分考虑其对宇航员的辐射风险及危害,并制定相应的辐射防护计

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本文在碎裂反应实验的基础上研究了原子核的团簇结构以及晕核的特性。由兰州放射性束流线(RIBLL)提供的6He和6Li次级束与Be靶的反应,用24单元的CsI(Tl)阵列探测器测量了6He和6Li的碎裂产物的能量以及小范围内的角分布。用脉冲形状的方法鉴别出了6He与6Li的轻带电粒子碎片。通过重构不变质量谱的方法得到了RGM预言的6He和6Li的3核子共振态。拟合实验数据发现6Li在Ex=22.9MeV和Ex=30.3MeV出现t+3He团簇共振态,6He在Ex=19.2MeV和Ex=29.8MeV出现t+t团簇共振态。并且与理论以及其它的实验的结果进行了比较。这是在实验上首次通过重构不变质量谱的方法直接观测到6He和6Li的三核子共振态。比较了6He和6Li的碎片产生几率,结果表明丰中子的6He产生丰中子碎片的几率要比6Li大,而产生缺中子碎片的几率要比6Li低,结论与BLE的计算是一致的。通过比较6He和6Li反应产生3He和3H的截面角分布,发现丰中子核反应容易产生丰中子的碎片这种现象在前角区更为敏感,随着角度的增大差别逐渐变小。因此前角区的3H与3He的发射产额比是一个鉴别晕核的灵敏探针。用双碎片关联和电粒子产额估算了6He碎裂各出射道的分支比,还估算了6Li碎裂成双带电粒子出射道的相对比例。由出射道的分支比估算了自由发射的中子质子比,并且与QMD的结果进行了比较,发现晕核的自由发射中子质子比要比稳定核大,这也可作为鉴别晕核的一种探针。另外用同位旋相关的BLE(Boltzmann-Langevin Equation)模型计算了轻丰中子核反应中子团簇集团产生的截面,发现3,4n团簇的截面最大,其中4n的产生截面与实验值相近。还计算了丰质子核反应的轻带电粒子发射的同位旋效应,发现质子晕核反应中轻带电粒子的产额相对于稳定核会突然的增大。这也为寻找和判断晕核结构提供了新的手段

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原子核的滴线是指原子核沿同位旋自由度从束缚态核变为非束缚态核的边界,也是原子核存在的极限。质子滴线是在缺中子方向的边界,中子滴线是在丰中子方向的边界。到目前为止,S 同位素的质子滴线核被认为是27S,P 同位素的质子滴线核是26P,虽然有实验发现了25P,但是还没有被重复,需要进一步的确认。而理论模型计算表明束缚态的26S 和25P 是存在的,因此寻找25P、26S 一直是一个很有意义的课题,如果能够确认25P 和26S 的存在与否,不仅可以检验相关理论模型的正确性,确认原子核在同位旋自由度上的存在极限,帮助人们对核力的进一步深入认识,而且对于天体物理,宇宙演化及元素的形成等都有着重要的科学意义。本论文介绍了2008 年6 月在兰州放射性束流线(RIBLL)上进行的专对25P、26S存在与否寻找的实验,并分析了实验数据。实验使用80.387MeV/u32S 初级束轰击9Be 初级靶,经过RIBLL 对次级束产物进行了分离以后,利用Bρ+ΔE+ER+TOF 联合鉴别的方法对次级束产物了鉴别。重离子在CsI 探测器中沉积能量与光输出响应之间满足一定的经验公式,本文利用RIBLL 上的次级束产物刻度了粒子在CsI(Tl)探测器中的能量沉积与光输出响应的光输出曲线,通过一组刻度数据可以确定核素在CsI 探测器中光输出响应道数,发现粒子在CsI(Tl) 探测器中信号的ADC 读出与CsI(Tl)探测器的光输出(QDC 读出)具有很好的线性关系。论文最后比较了实验统计数据与EPAX 经验公式计算结果,并利用计算结果与实验数据分析结果估算了25P、26S 的半衰期上限

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本论文介绍了原子核高自旋态研究的一般概况及有关核模型,描述了在束γ谱实验的原理与技术、数据分析与处理方法,然后着重分析和讨论了双奇核190Tl和146Tb高自旋能级结构的特性。 利用能量为175和167MeV的35Cl束流,通过反应160Gd(35Cl,5n)研究了双奇形变核190Tl的高自旋能级结构。实验进行了γ射线的激发函数和各向异度、X-γ和γ-γ-t符合测量,建立了由πh9/2νi13/2扁椭球转动带和一个具有单粒子激发特征的级联组成的190Tl能级纲图。确定地指定了190Tl的转动带自旋值,首次发现了190Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带的低自旋旋称反转。基于双奇核Tl能级结构的相似性,重新指定了双奇核192-200Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带能级自旋值,澄清了二十多年来国际上一直没有解决的自旋值指定问题且在这些扁椭形变核中均出现了低自旋旋称反转。考虑了p-n剩余相互作用的2-准粒子—转子模型定性地解释πh9/2νi13/2扁椭球转动带出现的低自旋旋称反转现象。 利用118Sn(32S ,1p3n)反应研究了双奇球形核146Tb的高自旋态,建立了激发能达8.39 MeV的能级纲图,其中包括新发现的41条γ射线和新建立的27个能级,并指定了新发现能级的自旋值和部分能级的组态。146Tb81的低位激发态是二准粒子态,高位的激发态是四准粒子态,或二准粒子与偶偶核芯低位激发态的耦合,更高位的能级则是六准粒子态,甚至八准粒子态。利用经验壳模型对部分全顺排组态的激发能进行了理论计算

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论文讲述了采用逆运动学方法用放射性核束~(17)F和~(18)Ne与质子弹性散射的实验准备、设汁方法、实验情况、实验数据处理过程、理论分析处理和得到的结果。弹性散射测量核敞射的角分布,对位置探测器有很高的要求。在实验的准备阶段,为了对放射性核束的准确定位,研制了位置分辨为lITlm的高位团置分辨的PPAC。山于质予的穿透能力很强,在半导体硅探测器中的能损很小,实验前,刘。测量反冲质子的探测器PSSD在低能量沉积下的工作情况进行了测试,满足质f位置和I能量测量的要求。实验采用初级束流强度约为80nA能量为45Mev/A的~(20)Ne轰击lmm厚的~9Be,反应产物经过500μm厚的Wedge~(27)Al,通过次级束流线的筛选,得到~(17)F和~(18)Ne和少量的~(16)O束流,其能量分别为17.7Mev/A、16.1Mev/A和14.3Mev/A。然后轰击60μm厚的(CH_2)_n靶。用次级束流线装置的两个焦点处的塑料闪烁体测量放射性核束的时间Tl和T2,根据飞行时间差在相同的磁场条件下来鉴别粒子和得到放射性核束的能量。用靶前的两个PPAC和靶后的一个PPAC来确定放射性核束的入射方向、反应点和出射方向,反冲质子的位置由分布于各实验室系角区的五个PSSD来测定。实验数据处理时,根据放射性核束经过基本相同的飞行路径和磁场条件,用T1和T2测到的飞行时间差来确定放射性核束的能量。将入射到PPAC上的弹核粒子位置,经对宏观几何位置矫正后,来确定弹核粒子的入射方向、反应点位置和出射方向。将PSSD测量到的位置谱经与沉积能量相关的修正因子对位置修正后,确定反冲核在PSSD上的几何位置点,跟PPAC测量确定的靶上的反应点位置结合,确定反冲核的出射方向。测量得到的位置经过空间关系换算,由测量到的弹核入射方向、反应点位置和反冲核出射方向,得到弹性散射的实验室系散射角。累计所有测到的事件得到初始的反冲核实验测量角分布。采用逐个事件的方法,用一事先产生的一系列点组成的数据库模拟探测器边界,事件的几何探测效率进行归一化,得到实际的实验室系散射角分布。用弹核出射角度随反冲核的出射角度的运动学关系鉴别来自靶中的H和C的散射事件。将实验室系角分布转换到质心系下后,再根据弹核粒子数、单位面积靶核数和测量到的事件数,得到实验测量的质的弹性散射微分截面。实验得到的微分截面数据采用零程相互作用的扭曲波玻恩近似理论计算程序DWUCK4序进行光学势拟合计算,选用较准确描述奇异核性质的CH89参数化的光学势为初始的光学势参数,对光学势参数的组成成分进行敏感性分析后,确定参数搜索的顺序,用跟各参数相关联的自动参数搜索程序ABOD进行分析处理。进行光学模型的理论拟合计算时,将计算结果和实验值进行比较,拟合实验数据,求得光学势参数。参数拟合佳度用残差平方和检验(χ~2检验)。得到~(17)F和~(18)Ne与质子弹性散射的光学势参数。根据得到的光学势参数进行折叠模型分析。得到了,1)~(17)F和~(18)Ne实势相互作用均方根半径分别为,_(rF)~(1/2) = 3.239(fm),_(r_Ne)~(1/2) = 3.317 (fm)。跟相对论平均场计算结果比较分析表明,~(17)F的核物质半径为2.95±0.03fm,~(18)Ne的核物质半径为3.07±0.03fm,~(17)F和~(18)Ne表面的密度要比相对论平均场理论预言的值要大。2)~(17)F和~(18)Ne的自旋轨道耦合相互作用主要作用于核表面区域,这是因为位于核外层的价质子的影响。

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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。