Progress on the RFQ1L and LPT

The SHANS spectrometer is under construction in the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Science. The RFQ cooler and buncher RFQ1L is one of the key devices in the SHANS. To perform direct mass measurement, the Lanzhou Penning Trap LPT is also under construction. In this symposium, the principle of the SHANS, the status of RFQ1L and LPT and some primary test results will be reported.

STATUS AND PROSPECTS OF HIRFL EXPERIMENTS ON NUCLEAR PHYSICS

HIRFL is an accelerator complex consisting of 3 accelerators, 2 radioactive beams lines, 1 storage rings and a number of experimental setups. The research activities at HIRFL cover the fields of radio-biology, material science, atomic physics, and nuclear physics. This report mainly concentrates on the experiments of nuclear physics with the existing and planned experimental setups such as SHANS, RIBLL1, ETF, CSRe, PISA and HPLUS at HIRFL.

Some Superconducting Magnets at IMP

Some superconducting magnets research at IMP (Institute of Modern Physics, CAS, Lanzhou) will be described in this paper. Firstly, a superconducting electron cyclotron resonance ion source (SECRAL) was successfully built to produce intense beams of highly charged heavy ions for Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). An innovation design of SECRAL is that the three axial solenoid coils are located inside of a sextupole bore in order to reduce the interaction forces between the sextupole coils and the solenoid coils. For 28 GHz operation, the magnet assembly can produce peak mirror fields on axis of 3.6 T at injection, 2.2 T at extraction, and a radial sextupole field of 2.0 T at plasma chamber wall. Some excellent results of ion beam intensity have been produced and SECRAL has been put into operation to provide highly charged ion beams for HIRFL since May 2007. Secondly, a super-ferric dipole prototype of FAIR Super-FRS is being built by FCG (FAIR China Group) in cooperation with GSI. Its superconducting coils and cryostat is made and tested in the Institute of Plasma Physics (IPP, Hefei), and it more 50 tons laminated yoke was made in IMP. This super-ferric dipole static magnetic field was measured in IMP, it reach to the design requirement, ramping field and other tests will be done in the future. Thirdly, a 3 T superconducting homogenous magnetic field solenoid with a 70 mm warm bore has been developed to calibrate Hall sensor, some testing results is reported. And a penning trap system called LPT (Lanzhou Penning Trap) is now being developed for precise mass measurements.

Quench Protection Design and Simulation of a 7 Tesla Superconducting Magnet

A 7 Tesla superconducting magnet with a clear warm bore of 156 mm in diameter has been developed for Lanzhou Penning Trap at the Institute of Modern Physics for high precision mass measurement. The magnet is comprised of 9 solenoid coils and operates in persistent mode with a total energy of 2.3 MJ. Due to the considerable amount of energy stored during persistent mode operation, the quench protection system is very important when designing and operating the magnet. A passive protection system based on a subdivided scheme is adopted to protect the superconducting magnet from damage caused by quenching. Cold diodes and resistors are put across the subdivision to reduce both the voltage and temperature hot spots. Computational simulations have been carried in Opera-quench. The designed quench protection circuit and the finite element method model for quench simulations are described; the time changing of temperature, voltage and current decay during the quench process is also analysed.

Stress Analysis of the Superconducting Magnet of LPT

The superconducting magnet of the LPT (Lanzhou Penning trap) consists of nine coaxial coils. The maximum magnetic field is 7 T and thus results in a large magnetic force. In order to assure the mechanical stability, it is necessary to do the stress analysis of the magnet system. The 3D Finite Element Analysis of thermal and mechanical behavior was presented in this paper. For the numerical simulation and analysis of the phenomena inside the structure, the ADINA and TOSCA code were chosen right from start. The ADINA code is commonly used for numerical simulations of the structure analysis [1] and the TOSCA code is professional software to calculate the magnetic field and Lorentz Forces. The results of the analysis were evaluated in terms of the stress and deformation.

Prototype of the Superferric Dipoles for the Super-FRS of the FAIR-Project

The FAIR China Group (FCG), consisting of the Institute of Modern Physics (IMP Lanzhou), the Institute of Plasma Physics (ASIPP, Hefei) and the Institute of Electric Engineering (IEE, Beijing) developed and manufactured in cooperation with GSI, Germany a prototype of a superferric dipole for the Super-Fragment-Separator of the FAIR-project [1]. The dipole magnets of the separator will have a deflection radius of 12.5 m, a field up to 1.6 T, a gap of at least 170 mm and an effective length of more than 2 meters to bend ion beams with a rigidity from 2 T . m up to 20 T . m. The magnets operate at DC mode. These requirements led to a superferric design with a yoke weight of more than 50 tons and a maximum stored energy of more than 400 kJ. The principles of yoke, coil and cryostat construction will be presented. We will also show first results of tests and measurements realized at ASIPP and at IMP.

CSR真空控制系统的研究

本论文主要解决CSR真空系统的控制实现与连锁保护问题。 HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程。为了保证CSR正常运行，超高真空系统的平均真空度必须达到6×10-9Pa，超高的真空度来之不易，CSR上任何一处真空设备发生故障，就会破坏真空度，所以CSR必须具有响应速度快、安全可靠，稳定性好的真空控制与连锁保护系统。 HIRFL-CSR真空设备有离子泵电源、分子泵、钛升华泵、阀门、真空计等。分子泵只在粗抽时使用，钛升华泵为间歇升华，因此不需要监控。需要显示和控制的设备为离子泵电源、真空计和真空阀门。通过对CSR上每个真空计的真空度数据的监测和真空阀门状态的采集，一旦真空度降低到一定阈值，立即关闭相应位置阀门（保护真空）,并给出故障报警，从而实现真空系统的连锁保护。 真空控制系统以嵌入式处理器ARM、复杂可编程逻辑器件CPLD和微控制器MSP430为核心，实现了远程数据采集、数据显示和自动控制等功能。本系统可以进行现场监控与调试，也可以通过集成的100Mbps以太网接口电路进行远程监测与控制，CSR上各处真空度和真空阀门状态自动传送到中央控制中心，中控中心也可以发送命令查询当前真空设备状态和各种读数。 本文主要介绍了基于ARM、CPLD和MSP430的嵌入式真空控制系统的设计与实现。内容主要包括(1)系统各部分硬件电路设计与真空控制功能实现 ，硬件系统调试 。(2)嵌入式uClinux操作系统构建和在其上进行的应用程序，设备驱动程序，串行通信程序的开发。（3）CPLD的VHDL程序和MSP430的C430程序设计。 本文目的是解决CSR真空控制系统问题，但对于许多远程数据采集与控制等问题的解决有重要参考价值

CSRm高频系统控制器

HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程，其控制系统是一个庞大的系统，由许多分控制系统组成，高频系统是其重要组成部分之一。加速器的加速过程都是由高频系统来完成的。由于高频控制系统的控制对象就是高频腔体，控制系统的稳定性和输出频率的精确性将直接影响到加速器系统的正常工作，而对于高频系统的状态回读又直接决定了对于高频系统的远程监控能力，所以高频控制系统的设计非常重要。本设计基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和数字信号专用处理器DSP搭建， 一方面可以完成从控制中心远程控制高频腔体，另一方面也可以完成对于当前状态的读取，所经过的通道也是多样化的，包括CPCI总线通信，CANBUS总线通信或者是485总线通信。本文的内容包括了1>对于高频控制系统控制对象的分析以及各种控制参数要求。2>组成此系统的硬件部分分析选择以及硬件系统的搭建过程。3>对FPGA和DSP进行程序设计的过程和方法。本文的价值不仅在于对高频系统的控制上，对于其他数据采集系统，远程控制系统以及总线通信和数据分析算法上也有着参考价值

CSR电源调节器硬件平台设计

HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程，其控制系统是一个庞大的系统，由许多分控制系统组成，磁场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分。加速器运行的所有过程都为电源所控制，所以我们的控制系统的直接控制对象就是磁场电源。为了保证CSR正常运行，控制过程波形的跟踪精度、速度和稳定度，是数字电源调节器的关键所在。电源控制系统以嵌入式处理器ARM、现场可编程门阵列FPGA为核心，实现了远程数据采集、网络通讯和自动控制等功能。本系统可以进行现场监控与调试，也可以通过集成的100Mbps以太网接口电路进行远程监测与控制，CSR上各处输出电压值和电源运行状态自动传送到中央控制中心，中控中心也可以发送命令查询当前电源设备状态和各种读数。本文主要介绍了基于ARM和FPGA的嵌入式电源控制系统的设计与实现。内容主要包括：(1)系统各部分硬件电路设计与电源控制功能实现 ，硬件系统调试 。(2)装载嵌入式Linux操作系统，测试平台接口信号，通过FPGA生成多路数字PWM波形。本文目的是解决CSR电源控制系统问题，但对于许多远程数据采集与控制等问题的解决有重要参考价值

电荷测量与时序逻辑电路的研究

中国科学院近代物理研究所大科学工程HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）已建成并处于调试和验收阶段，实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成，主要用于核物理实验研究。CSRm TOF测量系统是现阶段CSRm实验探测系统的主要任务之一。 针对CSRm TOF测量系统电荷测量部分，论文阐述了一种采用前端ASIC-SFE16（Saclay Front End 16）芯片实现电荷测量的新型方法。它替代了采用分立元件和电子学插件构建系统的传统方法，着重解决了近代核物理实验中越来越突出的多路多道需求和高性能指标要求。根据我所多丝漂移室探测器的实际情况，我们设计了基于ASIC芯片的电荷测量前端电路板，结合中国科技大学的时间测量数字获取板，我们初步完成了对系统软硬件的测试，给出的实验室性能测试指标，为其在实验探测系统中的应用奠定了坚实的基础。 同时为了选出测量中的有用事例，需要进行事例判选，因此我们研制了多路延迟/脉宽调节时序逻辑电路，主要功能是针对提供的多路逻辑时序信号进行延迟和脉宽调节，支持NIM负信号输入和输出。 文中最后一部分论述了根据在调试过程中出现的实际问题所提出的解决方法，主要是针对电路的可靠性设计和噪声的处理

新一代多电荷态离子源的研究

离子源发展存在两大热点问题：其一强流高电荷态离子的产生；其二强流金 属离子的产生。为了获得强流高电荷态离子，我们设计制造了全超导 ECR 离子 源 SECRAL（Superconducting ECR ion source with Advanced design in Lanzhou） ， 该离子源采用了全新的超导磁体结构形式，工作于 18～28GHz 的微波频率。根据 scaling laws 和实验经验，我们确定了 SECRAL 离子源所需要的约束磁场场形， 并针对新的磁体结构设想，通过 TOSCA 程序进行了详细的计算，成功地设计出 满足我们场形要求的超导磁体物理模型。据此，我们进一步进行了超导磁体的力 学结构分析，为磁体机械工艺设计提供了参考依据，保证了超导磁体结构设计的 可靠性。源体建成后，经过一系列的测试和调束实验，不但验证了我们的设计和 分析是合理的、可靠的，而且创造了许多项束流调试的新世界纪录，我们分别获 得了 810 A eμ O7+ 、730 A eμ Ar 11+ 、220 A eμ Ar 14+ 、73 A eμ Ar 16+ 、483 A eμ Xe 20+ 等束 流。为了获得强流中低电荷态金属离子束，我们尝试探索一种原理、结构、工作 模式全新的离子源－外部电子注入PIG离子源（E-PIG） 。目前，我们基本按照我 们的初期设想设计建造了 E-PIG离子源，设计中采用了外部电子枪注入电子、空 心阴极、特殊的场形等手段来提高金属离子的电荷态和流强。经过初步的起弧调 试，我们发现在初期的设计中还存在一些问题亟待进一步整改。

12C6+重离子辐照对细胞端粒酶活性表达的影响

端粒是染色体末端由重复DNA序列和相关蛋白组成的一种特殊结构，具有稳定染色体结构及完整性的功能，会随染色体复制与细胞分裂而缩短。端粒酶是一种核糖核蛋白，能以自身RNA模板合成端粒DNA，催化合成TTAGGG重复序列，添加到染色体末端，维持端粒长度不变。端粒酶主要由hTR, TEPl和hTERT组成，一般认为hTERT是端粒酶激活的限速因素。大多数永生化细胞和恶性肿瘤细胞具有端粒酶活性，因而端粒酶目前已成为为细胞持续分裂提供遗传基础的原因。由于端粒酶与细胞衰老、肿瘤发生等关系如此密切，因此已成为肿瘤放射治疗研究热点。目的： 本文利用兰州近代物理研究所重离子研究装置（Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL）产生的碳离子（31MeV/u 12C6+）对人体细胞、癌细胞进行不同剂量的辐照，探索细胞中端粒酶活性的变化及与之相关的生物学信息。材料与方法： 以人肝细胞HL－7702，肝癌细胞SMMC－7721为实验对象，用不同剂量1Gy、2Gy、3Gy、4Gy的重离子分别对两种细胞进行照射，用多聚酶链式反应-银染端粒重复序列扩增法（PCR- telomeric repeat amplification protocol，TRAP-PCR）检测不同剂量下细胞端粒酶活性的变化。并提取不同剂量下的细胞转入培养皿中，培养10天，固定，染色。统计大于50个细胞的克隆数，绘制细胞存活曲线。结果与讨论： 结果显示，人肝细胞HL-7702自身没有端粒酶活性，经1Gy辐照后也没有端粒酶活性，在2、3Gy处出现端粒酶活性，4Gy处端粒酶活性又消失。肝癌细胞SMMC-7721在1－3Gy处随着剂量的增大端粒酶活性升高，在4Gy处又开始下降；在1－3Gy处随着时间的推移端粒酶活性随着时间而加强（p<0.05）。随着剂量的增大，细胞存活率呈剂量依赖型下降。分析得知，重离子辐射可以诱导人肝细胞产生端粒酶活性，也可以改变肝癌细胞的端粒酶活性。端粒酶参与细胞受辐照后DNA单链损伤的修复；辐照后DNA双链断裂导致端粒酶活性减弱。本实验与其他低LET射线相比，使重离子在辐照治疗中的优势得以体现

兰州CSRm小丸内靶热力学和流体力学的研究

兰州CSRm内靶终端是进行强子物理实验的平台，可开展奇异介子产生和衰变的研究、重子谱的研究、多夸克态的研究及介子介质效应和手征对称破缺与恢复等多方面的研究。这些物理目标都需要内靶实验终端提供足够多的事件率，并能进行准确的径迹构建。在众多候选的内靶装置中，小丸靶具有其它内靶所欠缺的优点，如可以获得与外靶实验相比拟的实验亮度，可以配置4π立体角的探测器单元等。因此，小丸靶被确定为CSRm内靶实验终端中的主要内靶之一。小丸内靶（Pellet Internal Target）就是将氦以外的某种气体通过低温冷却而形成的固体微球。小丸内靶靶束与储存环离子束在反应室正交并发生相互作用，其反应事例被反应室周围环绕的探测器单元探测到并被记录下来。这篇论文对小丸内靶装置的结构进行了简要的介绍，并对小丸在反应室内的热力学行为进行了模拟。计算表明，靶丸速度是影响靶丸在反应区正常运行的重要因素之一。靶丸速度越大，靶丸在反应室内爆炸的可能性越小。通过对小丸的速度进行的流体动力学分析，发现即使对所有实验条件进行优化，小丸内靶的速度至多能达到100 m/s左右

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。

ECR离子源发射度探测器的研制

成功研制一套适合于ECR离子源引出束流发射度测量的探测器ESS（Electric-SweeP Scanner）。该探测器主要由测量探头、机械驱动装置、计算机控制及数据获取系统组成。ESS探测器所采用的测量方法是双狭缝加电扫描法，具有速度快、精度高，能够比较直观的反映束流的发射度相图、相空间密度分布等特点，是目前ECR离子源引出束流发射度测量的有效手段。本论文对发射度探测器ESS的原理、结构及物理和技术设计作了较详细的描述，并给出了相应的设计图纸及数值模拟结果。最后，利用Ess探测器对LECR3（Lanzhou No.3）离子源引出的04＋离子束的发射度作了初步测量。当04＋引出束流为343μA日寸，初步测量所得水平方向的发射度为227mm·mrad（约90％束流），并给出了相应的束流发射度相图和束流相空间密度分布。