CSRm外靶实验装置中快塑料闪烁体阵列型探测器研制

随着HIRFL-CSR工程的顺利完工，更高能量和更多种类的束流可以用于实验，大大拓展了可开展的核物理实验研究的内容。为了更好的利用束流，促进核物理实验研究的深入，设计和建造新的大规模探测设备成为必然。本论文工作针对CSR主环外靶实验终端建设，完成了利用飞行时间方法探测中子和带电粒子的两种快塑料闪烁体探测器阵列的研制。其中中子探测器有效体积为1.5  1.5  1 m3，包含252个，两种不同结构的探测单元；每组带电粒子探测器（TOFW）由60个探测单元构成，有效探测面积为1.21.2m2。论文工作通过解决材料加工、抛光、粘接、单元包装、测试等一系列工艺难题，完成了中子探测器和三组TOFW探测器的安装和测试。利用宇宙射线测试得到两种类型中子探测单元和TOFW探测单元的平均时间分辨分别为278 ± 59、272 ± 44和258 ± 51 ps，扣除各种因素后，探测单元的本证时间分辨可以达到80、100和150 ps；对后者利用12C重离子束流在线测试，得到本证时间分辨好于70 ps,完全满足设计的要求。论文工作中还设计完成了探测单元中光电倍增管高压系统的控制和监测系统，并建立了以LED为光源的光刻度系统，用于探测单元的刻度和工作状态的在线监测。在终端现场对探测器进行的初步在束测试表明，两种探测器工作稳定，运行良好，其性能均满足实验需求

Kicker电源数字延迟线及低压监测系统设计

踢轨磁铁（Kicker）电源系统是兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）注入引出系统中实现快引出的一个关键元件，主要功能是为踢轨磁铁提供快脉冲励磁电流以产生所需要的快脉冲磁场。踢轨磁铁（Kicker）电源系统各触发脉冲是否同步关系到束流能否顺利注入引出以及有好的束流品质。基于此，本文介绍了基于CPLD-EPM1270T144的数字延迟线系统，以满足HIRFL-CSR踢轨磁铁（Kicker）电源对触发脉冲进行适当延迟的要求；分析介绍了数字延迟线系统结构、工作原理、PCB制版及系统调试。实际检验证明本设计通过修改VHDL程序来调节延迟时间能够方便灵活的完成Kicker电源系统对脉冲同步的要求，延迟精度达到10ns。另外，由于Kicker电源提供的是高电压大电流的快脉冲，电流脉冲上升沿和下降沿为150ns、脉冲宽度为650ns,其脉冲峰值电流为2700A、工作周期为10s-17s，因此及时监控Kicker电源闸流管的工作状况以及电流脉冲波形特性非常重要。基于此，本文还进行了Kicker电源监测系统的设计。该设计主要针对闸流管误漏导通检测、电流脉冲宽度过宽过窄检测、脉冲宽度测量及脉冲计数等功能提出了电路的系统结构、工作原理，并完成了程序编程、仿真及外围电路设计

CSR特殊磁铁研制

特殊磁铁主要指用于同步加速器束流的注入和引出系统中的各类磁铁，如切割磁铁、BUMP磁铁、KICKER磁铁等。从结构和用途上来看，特殊磁铁基本属于二极偏转磁铁范畴；与常规的二极磁铁相比，只是在运行模式、磁场分布和好场区位置、杂散场分布、磁铁功能以及磁铁结构和材料等方面具有突出的特殊性。如切割磁铁的好场区要紧贴切割边，而切割边外侧的杂散场要降到主场的千分之一以下；BUMP磁铁和KICKER磁铁的磁场值不高，但要以很快的脉冲方式工作，所以就具有大电流、线圈匝数少的特点。各种特殊的性能要求使得特殊磁铁的设计和制造相当复杂。 HIRFL-CSR工程共有四台切割磁铁、四套BUMP磁铁以及两套KICKER磁铁用于加速器束流的注入和引出系统中。论文介绍了特殊磁铁的选型、材料选取、电磁设计、二维及三维磁场计算、电磁参数计算、冷却计算、结构设计以及工艺设计等磁铁设计的全部过程；另外，对磁铁研制的具体细节以及技术要求、加工制造以及测试结果也作了比较全面的介绍。论文将磁铁的二维及三维磁场计算作为设计和论述的重点；因为就目前的技术水平来说，二维及三维磁场的计算是磁铁设计的主要环节，是磁场优化的主要手段，也是其他主要电磁参数计算的基础。特别是三维磁场的计算结果，是磁铁设计的主要技术依据，是一种仿真度极高且经济实用的模拟过程。一些比较成熟的磁场计算软件，如TOSCA、ANSYS、MAFIA等更是具有人机界面简单、建模方便、计算结果直观可靠等优点。特殊磁铁的磁场计算所用的程序是TOSCA；从文中提供的测试结果看，计算结果与实测值的误差只有 1 %，可见其结果是极其可信的。从测试和运行结果来看，各种特殊磁铁的研制是成功的。特殊磁铁的成功研制为HIRFL-CSR的束流注入和引出提供了硬件基础

快重离子在SiO2基材料中引起的强电子激发效应研究

具有特殊结构的SiO2基材料与Si平面工艺具有好的兼容性，在光电技术中的发光二极管、固体显示屏等器件的研制方面有巨大的潜在应用价值。本论文以快重离子与物质相互作用的特点为依据，选择具有重要应用价值的SiO2基材料，研究快重离子辐照在SiO2基材料中引起的强电子激发效应，特别是辐照相变等现象，探索制备具有特殊功能的新型材料的方法，主要开展了如下研究： 1）在单晶Si衬底上通过高温湿法氧化一层SiO2薄膜，制备出SiO2/Si样品；在室温条件下，用能量为100 keV的碳离子注入样品，注入剂量分别为2.0×1017、5.0×1017和1.2×1018 ions/cm2，使样品SiO2薄膜中一定区域内C、Si和O原子达到适当的原子浓度配比；再用能量为308 MeV的Xe和853 MeV的Pb离子在室温下对注碳后的SiO2/Si样品进行辐照，Xe离子辐照是在兰州重离子加速器国家实验室的扇聚焦回旋加速器（HIRFL-SFC）的重离子辐照终端上完成，辐照剂量分别为1.0×1012、5.0×1012、1.0×1013、1.0×1014 Xe-ions/cm2，Pb离子辐照实验是在法国重离子激光交叉学科研究中心(CIRIL,Caen)的中能离子辐照终端（IRASME）完成的，辐照剂量分别为5.0×1011、1.0×1012、2.0×1012、5.0×1012 Pb-ions/cm2；最后用荧光光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱和透射电子显微镜分析等技术对样品进行了表征。研究了样品发光与注碳剂量、辐照剂量和离子在薄膜中电子能损值的依赖关系，辐照引起SiO2薄膜中微结构改变与实验参数的依赖关系。发现快重离子辐照能显著改变注碳SiO2/Si样品的发光特性，如在5.0×1012 Pb-ions/cm2辐照的注碳2.0×1017 ions/cm2的样品中，探测到了很强的位于456、484和563nm的发光；在电镜照片中观察到了8H-SiC纳米晶及其他微结构的形成。基于实验结果，对薄膜发光特性与微结构改变之间的关系进行了初步探讨。 2）利用磁控溅射在单晶SiO2表面沉积Ni薄膜，制备了Ni/SiO2样品；在室温下用能量为308MeV的Xe和853MeV的Pb离子辐照Ni/SiO2样品，离子穿透Ni薄膜和Ni/SiO2界面，Xe、Pb离子辐照分别在HIRFL-SFC和法国CIRIL的IRASME辐照终端上完成，辐照剂量为1.0×1012、5.0×1012 Xe/cm2和5.0×1011Pb/cm2；用卢瑟福背散射技术和X射线衍射谱对样品进行了分析，研究了界面原子混合及相变效应与辐照剂量、电子能损值的依赖关系。发现快重离子辐照能引起Ni/SiO2样品界面处原子的混合，并导致界面形成NiSi2或Ni3Si新相，且原子扩散量随辐照剂量和电子能损值的增大而增大。 3）以热峰模型原理为基础，对实验观测到的快重离子辐照效应特别是电子能损效应的产生机理进行了探讨

三维电磁场数值模拟在腔体设计中的应用——新B1聚束器的腔体设计

为了提高HIRFL的束流指标，特别是束流强度，以满足放射性次级束流线（RIBLL）及大科学工程兰州重离子冷却储存环（CSR）对束流的更高要求，目前 HIRFL 正在进行很多方面的改造，其中之一便是建造一台新聚束器B1来改善注入器 SFC 与主加速器SSC之间的给向匹配。为了克服非线性效应，新B1设计工作在多模式下，频率范围为 22MHz～54MHz，最高电压达110kV。由于较宽的工作频率范围、较高的电压及有限的空间位置，新B1聚束器的腔体设计存在许多困难。本论文的主要工作便是设计新B1聚束器的腔体。主要工作可分为三部分：1．腔体设计：在这部分，我们利用三维电磁场模拟程序－MAFIA，辅之以传输线近似法，设计出了满足物理要求的腔体方案，给出了模拟计算所得到了的腔体主要参数，并就这些参数的可信度进行了评估。2．耦合环设计：在这部分，我们利用 MAFIA 模拟得到的结果，从腔体的等效集总电路出发，推导出了耦合环参数与腔体特性参数之间的关系，并设计出了满足物理要求的耦合方案。3．冷却系统设计：这部分的主要工作为从对流、传导换热理论出发，结合新B1的实际，建立了自己的传热模型，设计了新B1腔体的冷却系统，计算了腔体的最高工作温度，并讨论了工作温度的升高对腔体性能的影响。另外，在论文的最后一章还介绍了其它一些工作，主要包括SFC中 Dee 电压分布计算、原B2腔体的实验研究以及原B1腔体的传输线近似法模拟。

电子冷却装置中电子的运动及收集

电子冷却能够提高储存环中离子的相空间密度、改善离子束流品质，获得高品质的离子束。快速、有效的电子冷却要求电子冷却装置产生高流强、高准直性、低温的电子束，而得到这样的电子束受电子冷却装置内电、磁场空间分布的影响。另一方面，长期、稳定、低能耗地运行，要求电子冷却装置具有高效率的电子束收集系统。本文从电子冷却原理以及提高电子冷却效果的途径出发，阐述了日子冷却对电子冷却装置内电、磁场空间分布的设计要求，初步设计了HIRFL-CSR两个环的电子准却装置。电子横向温度由电子枪阴极温度、高压电源的不稳定度、电极度几何结构以及磁场分布决定，具体反映在空间电荷场、电子枪及加速区的径向电场、磁场的不均匀性等方面。采用数值模拟方法着重研究了磁场误差对电子横向温度的影响；电子束的绝热展开，电子束通过弯曲螺线管后温度的变化规律以及电子束在收集器区域的运动规律。通过数值模拟计算，获得了允许的磁场误差、弯曲螺线管工作磁场与电子束能量的依赖关系、电子束绝热展开与磁场组态的关系以及达到最侍收集效果时收集器的电、磁参数，为CSR电子冷却装置的设计及运行提供了依据。用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随冷却段长度、冷却段磁感应强度、磁场平行度、电子束半径、电子温度的变化规律，并分析了影响冷却时间的因素，获得了电子冷却装置最优参数。

非拦截式束流强度测量方法的研究

本文全面地论述了在HIRFL束流诊断系统中，利用测量束流相宽和中心相位的圆柱形容性感应式相位探针，进行非拦截式束流强度测量方法的研制开发及这一系统的软硬件结构。论文阐述了目前国际国内加速器以及HIRFL的束流诊断技术的发展现状和本论文的研究工作及其意义；简要概述了常见的几种束流强度的测量方法，详细地介绍了相位探针感应束流信号原理和几种束团开矿感应信号的模拟计算，并从该感应信号中撮束流强度等信息；介绍了测量仪表及其测量原理和性能；同时阐述了系统软件的设计方法，并介绍了测控系统中的软件模块设计以及虚拟仪器系统技术在本测量系统中的应用。通过GPIB接口总线技术的应用，编写基于Windows操作系统的测量控制软件，实现了对几种可编程测量方法的实验结果分析和作者对未来HIRFL束流诊断系统进一步工作的设想。该课题的研究取得了较为满意的结果，目前系统已经投入HIRFL调束运行中，与HIRFL中原有的法拉第筒测量束流强度的系统相比，该系统具有操作方便、可以在不阻挡束流的工作状态下测量和控制，在线获取参数等优点。

SSC高频计算机控制系统之软件设计

高频系统是HIRFL系统中一个很重要的组成部分。其工作的稳定性和可靠性直接影响到束流的大小和品质，通过远程计算对其控制的目的不仅使人们远离现场恶劣的工作环境，而且在于提高整个系统的稳定性和可行性。高频计算机控制系统（RFC）的控制对象就是这个高频系统，它包括两个高频机和三个稳定系统：频率稳定系统、相位稳定系统、幅度稳定系统。考虑到整个系统长时间的工作状况和对稳定性和可靠性的严格要求，系统在硬件接口上选择了具有标准接口和强的扩展能力的CAMAC系统。CAMAC机箱的串行连接通过接口板2926和计算机联系在一起。在CAMAC串行总线上共有4个机箱分别负责高频机、相位、幅度和频率系统。这套系统的软件工作在Windows98操作系统平台下。有三个部分组成软件部分：一是漂亮友好交互性强的界面，这部分是通过VB和VC混合编程得来。二是功能稳定、可靠性强的接口，这部分是在VC中建立DLL来完成最终驱动。还有一部分是数据库，这个数据库是由Access生成，用于存储程序中的参数和高频系统的运行参数。这三个部分在界面程序中有机结合在一起共同完成对整套系统的控制作用。目前这套系统已经完成，运行在中控室的控制平台上，经过测试工作效果还很不错。本论文主要具体阐述了这套系统的组成，以及在程序设计时的思路、过程还有一些问题的解决办法等。

CSR束流输运系统

国家重大科学工程兰州重离了冷却储存环（HIRFL-CSR）正在兴建当中，本文对其中的束流输运系统进行了详细的光学设计及束流动力学研究。低能束运线传输来自分离扇回旋加速器的束流并匹配注入CSR主环。高能束运线连接着主环和实验环，它的中间一段是放射性次级束流线，设计最大磁刚度为10.64Tm。经过细致的三阶像差校正后，次级束流线的实际动量分辨本领为1200。在研究过程中，用李代数方法证明了一般的四极磁铁在孔径增加时三阶像差反而减小。高能束线有两个分支，分别给物理实验提供高品质的初级束和中高能放射性次级束。另外还设计了一条特殊的束运线，它是基于圆形束方法和能动扫描方案的旋转机架，用重离子（3 < Z < 10）治疗人体深部的肿瘤，并对各种机架的结构进行了比较。最后，讨论了磁铁的误差影响，并简要介绍了束流线的诊断系统。

中能核反应中的统计发射过程及核温度参量

在过去的几年里，利用兰州重离子加速器（HIRFL）提供的束流，以及在OUVERTURE合作研究中，利用意大利国家核物理研究院南方实验室（INFN-LNS）超导回旋提供的束流，进行了多次中能区重离子核反应实验研究工作。如，最初的46.7MeV/u ~(12)C+~(58)Ni，~(115)In，~(197)Au的实验及30MeV/u ~(40)Ar+~(58)Ni，~(64)Ni~(115)In和30MeV/u Ni轰击Ni，Au，Al在MULTICS+MEDEA：4π装置上进行的实验工作。此外，本人还从事过一些理论研究工作，包括多粒子散射形式理论和相关数学物理问题研究，量子分子动力学和量子统计模型计算。本文是从事这些核物理研究工作的积累，主要侧重于实验结果的物理内容分析，而不强调实验技术，数据处理的技巧。主要的物理内容有以下几个方面：1.对于利用双同位素产额比提取同位素核温度的方法进行研究推广，使得对于实验中碰到的仅有部分能谱可以实现很好同位素分辩的情况，即使不能得到总的同位素产额，仅仅通过一段能区的同位素产额也可提取核温度。用于具体的实验研究工作中后，对于46.7MeV/u ~(12)C+~(58)Ni，~(115)In，~(197)Au核反应过程，同一体系利用这种方法得到的同位素核温度和利用粒子非稳态布居提取的核温度一致。2.围绕核反应过程中核温度的参量的提取，对于双同位素产额比与核温度的刻度关系进行了分析研究，通过计算考虑中等质量碎片（IMF）内部激发能后的内部配分函数表明，中等质量碎片的内部激发对刻度关系有重要影响。零阶近似下区域密度近似的结果和Gemini模拟计算的结果反映了相同的情况。3.研究核反应机制，多个粒子散射的形式理论的必需的，对于两体散射，其形式理论已经比较成熟，但是对于多个粒子散射问题出现的严重的困难是多体Lippmann-Schwinger方程无唯一收敛的解。作为一种探索性的研究工作，开展了多体散射理论研究工作，发展了一些具有普遍意义的数学物理方法。在本项研究工作中，通过能基础数学中的约当引理的推广，发现一个特例：对非连接图，Lippmann-Schwingwer方程存在收敛的解，因此多体散射形式理论，有可能重新建立。由于核力和多体问题是当今核物理研究的两大难点，世界各国的科学家都在努力以图攻克它们，而且多体问题还是物理学的其它许多领域的难题，因而多体散射还是引起诸多研究学科广泛兴趣的课题。通过发展一些新的数学理论和方法，我们已得到一些有意义的结果。4.将量子分子动力学这种中高能量区域所用的理论分析方法扩展至较低能区，通过对相空间中初始位置和动量抽样增加限制条件。如结合能和实验值要求一致，平均核势，核内Pauli阻塞更强一些，在演化中能量和动量守恒等等。得到一个很稳定的初始基态。均方半径保持不弥散的时间可达1600fm/c，用于研究10.6MeV/u Ne~(20)+Al~(27)的实验分析过程中。另外，量子统计模型（QSM）主要描述中心核-核碰撞，将它和碎裂模型结合，作一些改进后，可以对核-核碰撞进行统一描述。5.在中能核反应研究中发现，核反应过程中有大量的中子，轻带电粒子以及中等质量碎片发射出来，可以将这些粒子发射机制大致分为两大类。其中一类可以归结为动力学发射过程的产物。另一类则可以归于统计发射的产物。在低能核反应中，其发射能谱的斜率的负倒数，可作为复合核的核温度。而在中能重离子核反应中，其发射能谱变得很复杂，不再具有Maxwell分布。通常的三源拟合所给出的温度参数，已不能反映物理实质。提出多阶矩分析方法用于分析中能核反应中统计发射规律及受动力学过程的影响。

加速器开关电源研究

本文主要介绍了HIRFL和HIRFL-CSR中使用的高稳定度直流稳流开关电源和脉冲开关电源的设计方法，给出了一台零电压开通移相软开关电源样机和一台斩波式两象限工作电源样机的设计过程的设计结果，并利用仿真软件对设计完成的电路进行了仿真，最后给出了样机电源的试验结果。引言介绍了本文选题的背景，HIRFL和HIRFL-CSR的有关情况，加速器对电源的要求，以及国内外同类电源的相关情况。第一章主要介绍了稳定电源中影响稳定度的主要因素及解决手段，最后建立起了斩波式电源和移相软开关电源的数学模型和等效电路。第二章主要介绍了零电压开通移相软开关电源的工作原理、设计方法、设计过程和样机试验结果。第三章则详细介绍了斩波式两象限工作电源的原理、设计、仿真和样机试验。第四章则讨论了开关电源的电磁兼容性，扼要介绍了电磁干扰的测量、抵制、相关国内国际标准，。然后分析了谐波的影响及其危害性，同时对CSR电源系统对电网将产生的影响进行了评估。第五章介绍了电源主要技术指标的定义、测量方法的测量仪器。第六章介绍了电源可靠性的有关概念及其评价。最后在第七章里，讨论了本文工作的意义。

分离扇加速器的物理工作—调束效率的提高和等时性优化

本论文详细地介绍了直边分离扇等时性回旋加速器的理论。结合兰州重离子加速器系统的主加速器SSC，介绍了这种加速器的等时场建立及优化的方法。编写了相关的计算程序。分析并解决了长期以来SSC在注入区附近运行调束十分困难的问题。最后进行了等时场优化的实验。第一章概述性地介绍了兰州重离子加速器装置HIRFL和SSC的注入引出系统、磁场系统及高频系统。第二章作为分析分离扇等时性回旋加速器束流轨道动力学的基础知识，介绍了具有周期磁场结构加速器的基本理论。第三章根据分离扇等时性回旋加速器的磁场周期结构还具有反射对称性特点，分析了传输矩阵元关于磁场周期结构对称点的对称性质。在此基础上讨论了束流的包络和散角沿平衡轨道的分布形态及计算方法。讨论了共振线对这种加速器的磁场结构和能量范围的限制。并计算了SSC加速质子的能量上限。第四章介绍用Kb-Kr方法建立SSC理论等时场的过程。给出了计算平衡轨道和Kb、Kr参数及扇中心线上理论等时场的方法，编写了相应的计算程序。详细地介绍了根据线圈效率和扇中心线上的理论等时场面计算SSC各线圈电流值的一种方法，根据这个方法编写了计算SSC各线圈电流值的程序。提高了SSC预置电流的准确度和自动化的程度。为等时场面优化工作做了必要的准备。分析并找出了长期以来SSC在注入区附近运行调束十分困难、花费时间长的原因。采取了解决的方法。经过一年多的运行实践证明，所采用的方法极大地提高了SSC在注入区附近运行调束的效率。最后介绍了SSC等时场优化的原理和方法并做了SSC等时场优化的实验。

重离子辐照诱导的DNA双链断裂研究

目的：重离子辐射生物学效应机理和哺乳动物细胞对重离子的辐射敏感性机理在目前仍颇有争议，是辐射生物学研究的热点。材料与方法：采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳、氧、氩等重离子辐照体外培养的贴壁细胞，以集落法测定细胞的存活率；辐照琼脂糖包埋的细胞样品或DNA样品，以脉冲场凝胶电泳(PFGE)分析辐照诱导的DNA双链断裂(DSB)。结果：1．DNA片段释放百分比(PR)值随着剂量的增加而增加，在超过一定剂量后趋于一个准阈值；而DNA断裂水平与剂量之间呈线性关系，DSB产额为O.19-1.55DSBs/100Mbp/Gy；以~(60)Co γ射线为参照，得到重离子辐照诱导DSB的相对生物效率(RBE)为0.73-2.72。2．剂量率是影响DSB诱导及其片段分布的因素之一，剂量率越大，DSB产额越高，DSB诱导截面越大。但剂量率低可以使片段的非随机分布更为明显。3．重离子辐照诱导的DSB可以修复，修复方式主要是小片段连接成大的片段。4．无论是~(60)Coγ射线，还是碳、氧、氩等重离子，直接辐照DNA分子和辐照完整细胞诱导DSB的比值为1.64-2.64。说明细胞组分对DNA分子有一定的保护作用。5．辐照DNA分子诱导DSB的RBE随传能线密度(LET)的变化而变化，但IBE最大值远小于细胞失活的RBE最大值。结论：1．重离子辐照DNA分子诱导的DSB初始产额与细胞失活机理之间有一定的联系，但以此来解释细胞失活还不够充分；而不可修复的DSB才是细胞失活最主要的原因。2．细胞对重离子的辐射敏感性与DSB初始产额的关系不明显，但与细胞对DSB的修复能力高低密切相关。3．重离子辐照诱导的DSB片段是非随机分布的，其产生与DNA序列有关，即DNA分子上存在对重离子辐照敏感的位点。重离子辐照沉积的能量可以直接或间接地沿DNA链迁移，从而使得DNA分子上相对较弱或亲电性较强的化学键优先断裂。敏感位点即这些相对较弱或亲电性较强的化学键，而这 种化学键的产生是与敏感位点邻近的几个核苷酸相互作用的结果，即敏感位点应该是一段DNA序列。

中能重离子在生物组织中产生的核碎片

在利用重离子束治疗肿瘤和辐射生物学效应研究中，重离子束产生的核碎片会引起辐射场的改变。一方面主束的粒子数减少，另一方面产生了低Z的弹核碎片。这直接影响了主束的剂量-深度分布，这些低Z的碎片在主束Bragg峰外会产生附加的剂量，进一步影响生物学效应，而这种影响随离子射程的增加而增加。发展精确计算剂量的物理模型就必须有重离子束在等效生物组织中产生碎片的实验数据。有关碎片研究的实验，已广泛进行了许多年，近年来随着人类对加速器物理技术应用到放射治疗和人类对空间探索防护的需要，研究重离子束与生物相互作用以及弹核碎片的影响，已成为各国核应用科学家研究的热点问题，然而，有关中能重离子在等效生物组织中的实验数据并不多。基于此，本论文对这一问题，利用HIRFL产生的55MeV/u ~(40)Ar在 1.5mm有机玻璃(生物组织等效材料)中产生的碎片，对不同角度分布情况进行了研究，结果表明，重离子在生物组织等效材料中产生的核碎片，主要集中在向前的很小角度范围，碎片随角度的增加，原子序数接近主束的碎片产额急剧减少，而质子的角分布最广，在同一角度内的产额比其它碎片高：主束的展宽较小。将主束的剂量贡献与各角度的碎片剂量贡献总和比较，主束的剂量远大于各角度的碎片剂量贡献总和，这说明碎片的展宽效应就剂量方面考虑影响很小，但它对生物效应的影响还需要研究。本文还利用RIBLL80MeV/u ~(20)Ne离子产生的低强度62.8 MeV/u ~(12)C离，对不同厚度有机玻璃产生的核碎片进行了研究。结果表明，主束产额随厚度的增加呈现指数衰减；而碎片产额随厚度的增加而增加，且在某一厚度产额逐渐饱和。重离子在生物体内产生的核碎片不利于重离子治疗，为此本文在理论上全面考虑了碎片对剂量的贡献后，提出了剂量-深度曲线计算方法，其计算结果与实验数据符合相当好。但对其广泛应用还需更多的实验数据验证。通过对中能重离子在生物等效组织中碎片的研究，提出了在放射治疗中应尽量采用轻的离子束以减少碎片对治疗的影响；而在象育种那样的诱变工作中，考虑到提高诱变效率，应尽量采用重的离子束。论文还对剂量测量中复合效应的影响进行了研究，并提出了修正F的计算公式。对剂量监测系统性能的研究表明，在治疗中，当达到治疗剂量后，治疗系统切断束流的反应速度对治疗效果有不可忽视的影响，为此在应用重离子束治疗的控制中必须引起注意。还研究了实验中产生的中子角分布及其防护。产尘的中子剂量与重离子束剂量的比较表明，中子剂量的贡献在应用重离子束治疗中是可忽略的。总之，论文通过碎片效应的实验和理论研究积累了一些有价值的资料，它们对重离子辐射育种、重离子放射治疗和放射治疗中中子防护是有用的。

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。