Beam matching between SFC and SSC

The beam matching status between the two isochronous cyclotrons in the Heavy Ion Research Facility at the Lanzhou-Cooling Storage Ring (HIRFL-CSR) is described. Several methods which can be used to accomplish 100% matching are proposed. By comparing of them, the best method is determined. The advantage due to this method is discussed.

Study of buncher efficiency in axial injection system of SFC

In order to reduce the influence of the stray electric field of the buncher in the axial injection system of SFC and to improve the injection efficiency of SFC, the existing buncher electrode is investigated and a new electrode is designed. The influences of the electric field to the beams for the both cases are simulated. The simulation results show that the bunching efficiency is improved from 55% to 74% with the new electrode. At the same time, the influence of the space charge is computed and according to the results, the location of the buncher is readjusted too.

A new axial injection beam line of the SFC

A new axial beam injection system is designed and being constructed at the HIRFL. It consists of 2 GLASSER lenses, 1 dipole, 5 quadrupoles and 3 solenoids. There are two beam line branches for 14.5GHz ECR ion source and 18.5GHz super conducting ECR ion source. Both transverse and longitudinal beam optics are improved in contrast with the old one. The layout, beam optics calculation results and further improved design are given.

Beam match and preparation of SFC-CSR

In order to match the beam from the injection machine SFC of the HIRFL to the main ring of HIRFL-CSR, both beam emittance confining method and beam energy spread reducing method are proposed. The beam preparation principles and calculation results are presented

Physical design of the new extraction system for SFC

The HIRFL (Heavy Ion Research Facility at Lanzhou) is a cyclotron complex. Its injector is a cector focusing cyclotron with K=69. Since the HIRFL started the operation in 1989, two bigger items of improvements have been finished, the species and intensity of the accelerated particles are increased obviously. But due to the lower extraction efficiency of the SFC, on one hand, a lot of beam lost, and on other hand, outgas from the surface of the electrostatic deflector is serious because of beam hitting. Even sometimes the vacuum press is destroyed. In the paper a new physical design is made to get an extraction system of the SFC with a higher efficiency.

具有高压平台的SFC轴向注入系统的设计研究

兰州重离子加速系统(HIRFL)是由注入器SFC(螺旋型扇聚焦加速器)和主加速器SSC(分离扇聚焦加速器)组成注入器SFC使用外离子源轴向注入方法,注入从ECR离子源引出的低能高电荷态重离子束流.由于空间电荷效应和SFC杂散磁场的影响,造成SFC的注入效率不高,使得SFC的引出束流强度较低,从而也制约了SSC的束流强度,远远不能满足正在建造的兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)和放射性束流物理实验对束流强度的要求.为了满足CSR和物理实验对束流强度的要求,该文通过对具有高压平台的SFC轴向注入系统的较为详细的设计研究,探讨在SFC上实现提高注入效率的可行性和有效性.

新的SFC轴向注入系统及SFC-CSR匹配的设计研究

兰州重粒子加速系统（HIRFFL）是由注入器SFC（螺旋型扇聚焦加速器）和主加速器SSC（分离扇聚焦加速器）组成。注入器SFC使用外离子源轴向注入方法，注入从ECR离子源引出的低能高电荷态重离子束流。由于空间电荷效应、SFC杂散磁场及二极铁B02等的影响，SFC轴向注入系统的效率一直不高。近几年来，随着放射性束物理更广泛深入的开展，特别是正在建造的兰州重离子加速器冷却储存环（HRIFL-CSR）和超重核素合成的开展，SFC引出的束流强度很难满足其对束流强度的要求。而且，在SFC直接作为CSR前级注入器时，其引出的束流品质也无法满足CSR接收度的要求。为此，本文通过对SFC轴向注入系统的改进以及对SFC引出束流发射度的制备来研究提高SFC引出束流强度以及SFC直接作为CSR前级注入器时提高CSR注入效率的可行性和有效性。SFC轴向注入系统的改进设计物理思想是短线（即可能短的输运线）、束流中心化好、包络小、整个系统的容纳度大及六维相空间匹配传输等。通过有效地减小了杂散场及空间电荷效应等的影响，提高整个系统的容纳度，同时，设计一个较完善的六维相空间匹配系统，并尽可能的减小注入元件中横向相空间的藕合所造成的横向发射度的增大以达到提高注入效率的目的。论文首先束流传输理论和空间电荷效应的有关理论，然后对组成该系统的聚束器，螺线静电偏转器和轴向注入束流线的设计研究作了比较详细的描述。设计研究的结果表明，改进SFC轴向注入系统是可行的，也是有效的。与现在使用的轴向注入系统相比，束流注入效率可以提高1倍左右，束流调试时间也可有效缩短。SFC引出束流的制备原理是将SFC引出的轻的重离子束（C-Ar）采用前束线上的聚束器NBI对SFC引出束流纵向才巨空间进行调制，用后束线上的三狭缝系统对束流的横向相空间进行限制、从而改变束流的6维相空间的体积和形状，提高束流的品质，使其尽可能达到CSRm对注入束流的要求（能散要求和发射度要求）。计算表明，经过制备后的束流大部分都能满足CSR对束流品质的要求，提高了注入CSR的束流强度。该设计研究仅仅作为提高SFC的束流强度及SFC-CSR束流匹配的一个初步方案，其设计和计算正在进一步深入进行。

SFC新中心区及10MeV质子回旋加速器的设计

本文比较系统地介绍了扇聚焦等时性回旋加速器内部的束流动力学理论，并刘其中心区设计的方法加以阐明。给出了作者所做的两个具体的设计。第一章系统地介绍了扇聚焦等时性回旋加速器的基本理论，包括等时性加速原理，轴向聚焦的获得，静态平衡轨道和等时性磁场的求解，共振理论，并简单介绍了加速轨道的一些性质。第二章介绍了扇聚焦等时性回旋加速器的一些注入方法及中心区设计的思路。重点放在内离子源束流注入及中心区的设计和外离子源来的束流的轴向注入及中心区的设计上。列出了轴向注入时常用的静电偏转镜的类型并对其加以简介。第三章介绍了SFC新中心区的设计。新中心区是为SFC加速荷质比小的重离子而设计的，在SFC采用三次谐波模式加速时，将注入半径由3．ocm提高到3．6cm。它包括中心区电极形状的设计，中心区加速轨道的计算及中心区相空间接受度的获得。第四章介绍了10MeV质子等时性回旋加速器的设计。给出了等时性磁场的垫补方法，内离子源注入的中心区设计，并计算了质子从离子源引出后加速到10MeV能量的加速轨道，得到其束流性质。论文的最后部分简单总结了本文的工作，并提出了今后工作的设想。

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

SFC轴向注入束运线的计算与改进

本文使用TRANSPORT程序和PARMTRA程序对SFC的轴向注入束运线做了计算，并特别研究了杂散场用，空间电荷效应及真空度对传输效率的影响。从计算结果与实际调束的情况比较来看，注入线内部的束流传输符合最初的设计要求。为了提高偏转镜的传输效率，须增加ES01-ES04的额定电流。考虑到将来SFC要加速更重的离子，论文设计了一个质量分辨系统以及与之相应的单元传输系统，改进后注入线的质量分辨率要好于1/130

HIRFL主加速器SSC和注入器SFC等时场的建立

本论文计算HIRFL主加速器SSC和注入器SFC的理论等时场，并在实测线圈场数据基础上，用最优化方法计算出主线圈和垫补线圈电流，建立起垫补场。还进一步研究了垫补场下粒子的轨道特性。垫补场和理论等时场间的相对误差<=1#per thousand)

SFC 200K W高频系统计算机控制的改进探讨

本文是关于对HIRFL SFC 200KW 高频系统实施计算机控制的专题讨论。首先对HIRFL SFC 200KW 高频系统各部分的运行情况进行了详细分析，在此基础上对原有计算机控制系统进行了剖解，并针对原有计算机控制系统存在的缺陷进行了一些改进和实验，使之投入实际运行工作中；然后，对计算机控制系统中普遍采用的电路从理论上进行了讨论，给出了一些有益于工程实践的结论；最后，为了实现对整个SFC 200KW 高频系统的计算机控制，从软、硬件两个方面，提出了对HIRFL SFC 200KW 高频系统进行该造的方案。

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。