Physical property measurement of therapeutic carbon ion beam in the shallow-seated tumor therapy terminal at HIRFL

For the first time the physical properties of therapeutic carbon-ion beam supplied by, the shallow-seated tumor therapy terminal at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) are measured. For a 80.55MeV/u C-12 ion beam delivered to the therapy terminal, the homogeneity of irradiation fields is 73.48%, when the beam intensity varied in the range of 0.001-0.1nA (i.e. 1 X 10(6) - 1 X 10(8) particles per second). The stability of the beam intensity within a few minutes is estimated to be 80.87%. The depth-dose distribution of the beam at the isocenter of the therapy facility is measured, and the position of the high-dose Bragg peak is found to be located at the water-equivalent depth of 13.866mm. Based on the relationship between beam energy and Bragg peak position, the corresponding beam energy at the isocenter of the therapy terminal is evaluated to be 71.71MeV/u for the original 80.55MeV/u C-12 ion beam, which consisted basically with calculation. The readout of the previously-used air-free ionization chamber regarding absorbed dose is calibrated as well in this experiment. The results indicate that the performance of the therapy facility should be optimized further to meet the requirements of clinical trial.

Survival and initial chromatid breakage in normal and tumour cells exposed in vitro to gamma rays and carbon ions at the HIRFL

Human hepatoma and normal liver cells were irradiated with C-12(6+) ion beams (linear energy transfer (LET) = 96 keV mu m(-1)) and gamma-rays at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). The numbers and types of chromatid breaks were detected using the premature chromosome condensation technique. Irradiation with C-12(6+) ions produced a majority of isochromatid break types, while chromatid breaks were dominant for irradiation with gamma-rays. Experimental results showed that the initial level of chromatid breaks is clearly related to the absorbed dose from C-12(6+), ions and gamma-rays. The (12)C(6+)ions are relatively more effective at inducing initial chromatid breaks when compared with the gamma-rays. A relative biological effectiveness (RBE) of about 2.5 resulted for the induction of initial chromatid breaks by C-12(6+) ions relative to gamma-rays in both cell lines.

General design of the CSR project in IMP

CSR, a new accelerator project under the construction. to upgrade the existing heavy ion cyclotron system in Lanzhou, is a double cooling-storage-ring system. It consists of a main ring and an experimental ring. The heavy ion beams from the cyclotron system will be accumulated and accelerated first in the main ring, then extracted to produce radioactive ion beams or high-Z beams, and finally to be send to the second ring for internal-target experiments.

COD by magnetic field in electron-cooling section and correction at CSR

Application of electron-cooling upgrades the quality of ion beams in the storage rings and brings new problems. The transverse magnetic field distorts the ion orbit while guiding the intense electron beam. The closed-orbit distortion should be and can be localized and controlled well inside the ring acceptance. This paper deals with the field in the e-cool section and concomitant COD of ion orbit and shows the correction scheme.

基于FPGA的CSR高频控制系统相位求解模块设计

CSR高频控制系统需要对高频正弦波激励信号的幅度、相位、频率进行稳定控制。相位arctan(Q/I)求解是必不可少的模块。论述了一种新的基于FPGA平台和对称查找表法(SBTM)的求解相位arctan(Q/I)的方法,做了详细的理论分析,给出了具体实现的代码和结果。该模块精度高,消耗资源少,可直接应用于CSR高频控制系统。

HIRFL微束辐照装置偏转磁铁的安装准直；Alignment of Dipole Magnet in Micro-beam Line of HIRFL

微束辐照装置是将辐照样品的束斑缩小到μm量级,能够对辐照粒子进行准确定位和精确计数的实验平台,是开展辐照材料学、辐照生物学、辐照生物医学和微加工的有力工具。μm量级的束流对设备的准直安装也提出了极高的要求,对于HIRFL系统微束线上的二极磁铁,由于其所在位置的空间相当狭小,使得设计就位时磁铁的位置及角度与地面做基准时的不同,这给安装准直工作带来了挑战。通过引入变化的基准坐标值的办法,有效解决了这一难题,使全部磁铁安装误差都控制在了要求的公差范围之内。

HIRFL—CSR循环冷却水温度远程测量系统设计；A Design of Remote Temperature-measuring System for HIFRL-CSR Recyclable Cooling Water System

介绍了一种基于一线总线数字温度传感器的HIFRL-CSR循环冷却水温度远程测量系统,阐述了以DT400模块为核心的温度测量的硬件模块和软件设计。该系统具有测温精度高、易扩展性、低成本、低功耗、可靠性高、抗干扰能力强等特点,根据不同需要可应用于多种温度测量系统中。

Neutron dose measurement in carbon ion radiation therapy at HIRFL (IMP)

For radiation protection purposes, the neutron dose in carbon ion radiation therapy at the HIRFL (Heavy Ion Research Facility in Lanzhou) was investigated. The neutron dose from primary C-12 ions with a specific energy of 100 MeV/u delivered from SSC was roughly measured with a standard Anderson-Broun rem-meter using a polyethylene target at various distances. The result shows that a maximum neutron dose contribution of 19 mSv in a typically surface tumor treatment was obtained, which is less than 1% of the planed heavy ion dose and is in reasonable agreement with other reports. Also the gamma-ray dose was measured in this experiment using a thermo luminescent detector.

CSR主环磁场电源控制系统研究

CSR控制系统是一个很庞大的系统，对它的控制是由许多分控制系统组成： 真空系统、电子冷却系统、束流诊断系统，CSR高频系统，数据获取系统等。磁 场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分，它是一个任意波形发生系统。 在CSR的分控制系统中，所有依赖波形控制的系统都可以由它来控制。波形的形 状由物理人员根据加速器物理要求计算得出。因为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。在整个控制系统 中最重要的就是在控制过程中，控制过程波形的同步和控制过程波形的精度，这 是同步加速器控制系统的关键所在。过程波形的同步由同步时序系统控制，这是 CSR主环成功运行的决定条件。 本文对磁场电源控制系统和时序系统分别进行了论述。对磁场电源控制系统， 主要从系统的结构，I/O部件的硬件设计，I/O部件的软件设计这几个方面进行 论述,其中，I/O部件由I/O控制器和DSP处理器组成；对时序系统，论述了设计 原理和具体实现；最后给出了实验平台测试和现场测试的结果。 本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）采用ARM+DSP的控制方式； （2）同步时序系统的末端定时原理； 从测试结果来看，我们的控制系统不管从结构设计，还是从软硬件设计上都 达到了设计的要求

CSR中磁铁线圈温度测量系统的研制

本论文主要讲述了一种服务于CSR磁铁保护的多路（64路）磁铁线圈温度测量系统。根据CSR工程的要求，该温度测量系统能对磁铁线圈中的数百个点进行测温，并达到±1℃的测温精度。文中详细阐述了该系统软硬件的研究、设计和实现。该测量系统中，主控芯片采用了美国德州仪器公司的16位低功耗单片机MSP430F149，论文中详细介绍了该单片机的结构特性、功能和基于该单片机的硬件组成和软件设计。硬件主要包括前端信号处理电路、A/D转换电路、VCO电路、液晶显示电路、数字键盘电路、以及为实现远程实时监测而采用的RS-485串行通信电路。在软件设计方面，利用IAR公司的C430 为开发工具 ，采取模块化设计方法，用C语言编制了温度测量系统的主控程序以及液晶驱动、键盘驱动、串行通信等程序模块，并配合硬件系统进行了多次调试（论文软件设计中给出了部分源程序清单）。论文最后讨论了适用于CSR现场工作环境的软硬件抗干扰措施及其实现。通过试验，该温度测量系统表现良好，满足设计要求。其特点是低成本、低功耗、可靠性高、并可根据不同需要应用于多种工程检测系统中

CSR数字高频分析系统的同步采样器HDL设计

本文主要阐述了CSR数字高频分析系统的同步采样器的研究、设计和实现，该分析系统是基于软件无线电技术构建的。 本文的创新点主要在于提出了一种很好的正交同步欠采样方法，这种基于软件无线电原理的I、Q两路正交同步的采样方法，主要利用了平方律部件、一阶环路滤波器和NCO来对I、Q两路采样触发脉冲上升沿的时间差进行闭环控制，从而实现对高频信号的数据采集和处理。这种方法降低了对AD芯片采样速率要求，同时也为后续的基带信号处理提供了方便。 在整个同步采样系统的实现过程中我采用了功能强大的Matlab7.0作为通信算法的仿真平台，选用了AD6645、StratixIIEP2S60和DSP6416作为主要的硬件平台，并在SynaptiCAD和ModelSim中做出了FPGA的HDL程序设计及波形实现

CSR控制系统的大规模多级分布式数据交互系统

CSR控制系统是一个庞大的网络分布式控制系统,它是由许多子系统组成。大规模多级分布式数据交互系统是CSR控制系统中的核心。它是实现CSR束流多能量级连调的核心，它涉及整个CSR控制系统的数据传输以及数据结构定义。大规模多级分布式数据交互系统的开发是基于螺旋模型，采用螺旋模型进行开发能最优实现CSR控制系统的需求以及各开发阶段具有很大的设计灵活性。该大规模多级分布式数据交互系统完全实现了采集数据的上行和控制数据的下行，系统通过网页实现对控制数据的录入以及对采集数据的实时显示。CSR所有数据都存储于Oracle数据库系统，数据库系统是一个三级分布式数据库系统，这样能均衡各前端服务器的资源与性能。前端服务器COM组件通过TCP/IP与ARM控制器和多功能控制器进行数据上行下行的数据交互，以及通过PCI 接口实现与各FPGA板卡进行数据交互。 论文论述了对大规模多级分布式数据交互系统、网页系统、Oracle数据库系统、COM组件库、PCI驱动程序以及各软件系统的设计实现。对大规模多级分布式数据交互系统主要从系统的结构、各级硬件设计和各级软件系统的设计这几个方面进行论述；网页系统主要描述了该系统是基于MVC框架模型的开发设计并介绍了JavaBean与Oracle数据库系统的数据交互；Oracle数据库系统主要从二级Oracle数据库的自动实时更新，和各触发器系统这几方面进行论述；又从各COM接口的功能方法进行对COM组件库的全面论述；PCI驱动程序的设计开发是与各FPGA板卡的数据交互的必须条件。大规模多级分布式数据交互系统的软件开发都采用了螺旋模型对其进行开发。本文的工作是CSR控制系统中的核心部分，具有重要的意义，同时也给同行研究工作者提供了重要的参考。 本文核心及创新点：1、创造性地提出了大规模多级分布式数据交互系统软件工程。2、三级分布式数据库系统的自动实时更新。3、采用web+Oracle+COM+PCI+ARM+FPGA+DSP的多级数据传输。4、设计并实现虚拟加速器。 从现场调试运行和验收的情况来看，大规模多级分布式数据交互系统不论从结构设计，还是软硬件设计开发都达到了设计要求

CSR-RIBLLII终端探测器中子墙电源控制系统的研制

中子墙是CSR-RIBLL II终端最重要的探测器,用来探测实验产物中的中子物质,中子墙选用504个光电倍增管做信号的读出。光电倍增管的工作状态对整个中子墙的探测效率影响很大，近代物理研究所研制的中子墙高压电源控制系统是与中子墙配套的。它采用集散式控制，为光电倍增管提供稳定的工作高压，同时监测光电倍增管工作过程中，高压的电压和电流状态，形成一个闭环的系统。本系统在节省成本，提供高压稳定性，方便操作上都有一定的优势。本文全面论述了一个基于半双工RS-485总线集散式控制系统的设计；根据中子墙高压电源控制系统需求出发，阐明了控制系统的开发背景、基本结构的建立、硬件设计方案和软件的实现。 本论文主要分为六部分：第一部分介绍了CSR－RIBLL II以及中子墙的结构和主要性能，第二部分介绍了光电倍增管和高压组件的基础知识，以及中子墙所有的光电倍增管和高压组件的主要参数，第三部分介绍了本控制系统的总体结构，第四到第六部分详细介绍了控制系统的本地控制单元的软件和硬件设计以及远程控制单元的实现

HIRFL双丝束流剖面监测器的研制

兰州重离子加速器（HIRFL）是一个等时性回旋加速系统，它包括一台能量常数K=69的扇聚焦回旋加速器(SFC)和一台K=450的分离扇回旋加速器(SSC)。加速器的束流诊断对加速器的运行而言是必不可少的，为加速器的调束提供直接的依据，在束流参数调整、运行状态监测和优化束流品质方面发挥着重要作用。 本论文主要描述了双丝束流剖面监测器的研制，对其各组成部分、设计和测试都做了详细的介绍。双丝束流剖面监测器使用钨丝作为探针，当带电粒子打到钨丝上，与钨丝中的电子作用使之激发并发射，即产生二次电子。通过把这一过程中形成的电流转化为电压量进行数据采集，便可以得到在钨丝移动方向上的一维束流强度分布。其中，钨丝的移动由运动控制系统来实现。双丝束流剖面监测器只使用了两根钨丝，在测量过程中对束流分布产生的破坏很小，因而属于非拦截式的束流诊断元件。 双丝束流剖面监测器已经在HIRFL前束运线上进行了测试，它能够在较短时间内测量出束流的剖面，结果较好，达到了预期的要求。 由于双丝束流剖面监测器的非拦截性，而且具有使用灵活、测量准确等优点，它必将成为束流诊断中的一个有力的工具

CSR运行数据组织软件系统

CSR运行数据组织软件系统是CSR工程控制系统的重要组成部分，它是CSR同步控制系统的最上层，是CSR调束中统领整个CSR运行的核心系统，负责对CSR运行设备的数据进行组织和管理、对同步事例进行组织和调度，从而实现对其同步控制。本系统是建立在各个子系统硬件同步基础之上的，通过使用数据组织软件来使这些具有同步功能的各个子系统的硬件按照调速研究人员的思路同步协调地运行。本文主要解决了CSR控制工程中CSR运行数据组织软件系统的设计和实现问题，软件实现方案有两种：第一种是运行在本机的文件数据库和Windows客户；第二种是运行在网络上的Oracle数据库和Web客户。这两种解决方案都是建立在数据库和网络技术上的。同时，数据库的实时性与可靠性也是建立在网络技术基础之上的。文本的创新点：通过数据预先计算、分发技术、同步事例组织技术，降低了实时性对CSR控制系统，特别是对高速以太网的要求，并实现了具有精确定时的控制和监测硬件的同步触发，使得CSR控制系统完全能够满足控制和监测的实时性要求。CSR运行数据组织软件的可靠性是通过TCP/IP网络协议技术以及控制硬件的内置软件的可靠性来保证的