中能重离子核反应中的轻带电粒子关联研究

根据轻带电粒子小相对动量关联测量中得到的关联函数来研究轻带电粒子发射的时间与空间的演化是天体物理中Hanbury-Browm及Twiss效应在核物理中的一个应用，在1977年及1986年Kooning及Davi.Boal分别将这种概念应用于pp关联及复杂粒子关联。在这些理论模型的基础之上，小相对动量关联粒子的测量已成为当今中能重离子核反应中研究反应时空发展动力学的重要研究方法。由于这种方法在实验上还可能测至某些非稳态粒子的衰变，因此在统计平衡的假定下，可以通过测量非稳态粒子的相对布居来得到某些有关核温度的信息，为此我们在兰州HIRFL加速器上开展了~(12)C (46.7MeV/u)诱发核反应的轻带电粒子小相对动量的关联测量。通过对pp关联函数的研究得出对于~(58)Ni靶质子发射的空间大约为4.8fm，通过对~5Li、~6Li~*、~8Be等非稳态粒子的测量，得到的核温度约为3MeV。通过比较不同靶核对关联函数的影响，发现随着靶核质量的增加，pp关联的关联函数的Rmax值越来越小，说明了质子来源的空间越来越大。通过研究pp关联对两个关联粒子能量之和的依赖关系我们发现对于高能的条件下pp关联的关联函数的最大值要高一些，对于~(58)Ni靶相应的空间大小为r_0 = 3.5fm，并且发现在高能条件下关联函数的峰值对靶核依赖关系不是十分强，相反，当两个关联质子的总能量比较低时，关联函数更强烈地依赖于靶核。对于α-α关联，研究其关联函数对二粒子能量之和的依赖关系发现对于高能条件下得出的温度为T = 1.6MeV，而低能时的结果为T = 2.3MeV，一种解释可以认为在探测器所在的角度(θ = 20°)高能轻带电粒子很可能来自于类产弹物的发射。因此也可以解释为什么对应的质子的发射空间比较小、相应的温度比较低。较低能量的轻带电粒子主要来自中心碰撞，相应的温度要高一些，对应的质子发射的空间要大一些。在该实验中我们还研究了H元素各种同位素的产额比，实验发现对于p/d比值及d/t比值随角度的变化不是非常大，同时我们还在测量角为20°处，比较了H元素各种同位素产额比对靶核的依赖关系，并对这些结果进行了讨论。为了进行上述实验研究，我们研制了一个九单元的CsI(Tl)阵列探测器，并采用了光二级管读出这种新技术，实验中采用过零时间法及新型的电子学线路非常好地鉴别了p,d,t,~3He,~4He五种轻带电粒子，并且得到了比Si半导体ΔE-E望远镜低的能量下阈，（在离线分析中E_(th) = 8MeV），通过该项实验研究我们认为CsI(Tl)十光二级管读出探测器具有各方面的优越性，是中能重离子核反应中测量轻带电粒子的一种非常有前途的探测器

中能重炮弹耗散碎裂反应及用于产生奇异核束流的前景

近年来，在重离子物理研究中，一个重要的方向就是利用奇异核次级束流进行核反应机制、原子核特性、新核素的合成及其衰变模式的研究。人们用这一技术得到了许多新的同位素，并发现了β延迟多中子、多质子发射等奇异的衰变方式和原子核相互作用半径参数r_0随中子过剩自由度（N－Z）的增加而增加等新的物理现象，促使人们进一步研究把适用于β稳定线区域的理论外推到远离β稳定线的核是否正确，及在多大程度上正确。同时，也促使理论工作者对远离β稳定线核的性质进行新的估计，尤其是得到由重的核组成的奇异核次级束流是人们近年来努力的方向。在中能情形下，奇异核束流产生的基础是一种类似于高能碎裂过程的反应机制。理论上存在着不同的模型，许多概念和公式都是从低能、高能两端时的情形向中间延伸而得到的。基于火球模型而得到的Guerreau的计算能较好地拟合中能~(40)Ar炮弹以下的核引起反应的实验结果，并被用于轻弹核产生奇异核次级束流截面大小的实验预言中。但是对于较重入射弹核(如~(86)Kr)引起的反应，用上述一套计算理论得到的结果和实验测得的同位素分布的峰位及分布宽度都差别较大，而且约化半径参数r_0取值1.4fm，这又比高能时r_0 = 1.2fm大。目前，这一问题还未得到较好解决。为了进一步研究中能重弹核引起的周边反应机制及在法国SPEG磁谱仪上发展重的奇异核束流的前景，我们和法国GANIL合作进行了44MeV/u的Xe核轰击Zr耙、测量中重核同位数分布、研究核反应机制的实验。实验得到了较好的核电荷数Z谱、质量数A谱、电荷态Q谱，每个元素的能谱、角分布及同位素分布。实验结果表明：在较重的炮弹引起的核反应中，反应过程会有较大的能量交换，反应产物会有较大的激发能，反应过程不再是“纯碎裂“过程，而是他含碎裂、核子转移及耗散的过程。并对中能重入射弹核产生奇异核次级束流的前景进行了讨论。同时，在Guerreau的计算方法基础上，考虑中子皮对耗散对中能重离子周边反应的影响，发展了一个计算中能重离子周边反应产物同位素分布的唯象模型。该模型能同时较好地拟合中能~(40)Ar、~(86)Kr、~(129)Xe炮弹引起的产物同位素分布。我们还从反应总截面的计算入手，在Kox计算的基础上，发展了一个计算低能、中能及高能反应总截面的参数化计算公式。它能较好地拟合较广能区的实验数据，并可探讨核反应由低能向中能、高能过渡时，原子核相互作用的变化趋势。用我们发展的核反应总截面参数化计算提取相互作用半径参数r_0，用小液滴模型理论对Karol的微观模型进行修正，并考虑中子皮及中子分布弥散度随（N－Z）的增加而增加的影响，则能较好地解释原子核相互作用半径参数随中子过剩自由度的增加而增加这一实验结果。在重离子相互作用势的计算中，如果引入中子皮及中子分布弥散度并选用小液滴模型给出的双参数费米分布，则可以考查中子皮及中子分布弥散度对相互作用势的影响并改进熔合位垒与实验结果的拟合值和改善亲近势标度。在此基础上，我们用国际上通用的TRANSPORT程序对兰州HIRFL后输运线发展次级束流进行了较为完整的一级束流光学计算，讨论了HIRFL上建造次级束流线的可能性

重离子与~(nat)W相互作用中Hf的生成研究

用放射化学方法研究了6.3、8.5、11.8、14.7、18.4、24.6、40 MeV/nucleon ~(40)Ar + ~(nat)W、10.5 MeV/nucleon ~(84)Kr + ~(nat)W、80 MeV/nucleon ~(16)O + ~(nat)W、135 MeV/nucleon ~(12)C + ~(nat)W反应中的Hf的生成，得到了Hf同位素的激发函数、反冲性质和同位素分布。研究结果指出利用HIRFL能量的重离子和丰中子靶核作用，能以一定的截面生成A > 170区丰中子新核素。重炮弹更有利于丰中子新核素的生成。使用厚靶，可以明显地提高丰中子新核素的产额。过高的入射能量对丰中子新核素的生成无明显贡献，相反却极大地增加了缺中子同位素产额，这对丰中子新核素的分离和鉴别是非常不利的

加速器中高频电磁场计算及其应用

本文在了解和掌握传统的高频腔体设计方法--传输线理论的基础上，作为该理论的应用，计算了HIRFL注入器SFC高频腔体的主要参数；与实际测量值进行了比较，分析了误差的主要来源。主要的工作是用传输线理论和二维场计算相结合的方法设计了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的高频腔体，给出了高频系统的主要参数以及所设计腔体加速电场的分布

25MeV/A~(40)Ar+~(115)In反应中轻粒子发射研究及大面积位置灵敏闪烁探测器的研制

论文分为两个部分。第一部分：研究在25MeV/u ~(40)Ar+~(115)In反应中轻粒子发射机制。实验中，利用研制的轻粒子探测器测量了发射的P、#alpha#能谱。用三源模型拟合了轻粒子能谱，所提取的参数与费米气体模型的计算结果进行比较，分析了发射源形成和衰变的一些特点。第二部分：研制一种大面积幅度、时间、位置灵敏闪烁探测器。它是HIRFL上建成的第一阶段放射性核束物理实验终端的主要设备之一，在首次放射性核束调试中收到良好的效果。本文的目的是用经典理论研究了热核形成及衰变的一些性质，在即将开展的放射性核束物理研究中， 利用研制的大型探测器对经典理论普适性进行检验

塑料闪烁体探测器阵列及RIB中的大面积电离室

本文共分为两个部分： 第一部，详细阐述了闪烁体探测器的原理。介绍了研制的用于HIRFL的TR4终端上的多单元(Phoswich)闪烁体探测器阵列，其目的是测量中能重离子核反应中出射粒子的电荷、能量、位置和粒子达到的时间信息。并给出了在初步测试中取得的结果。测试表明，该探测系统有很好的粒子鉴别能力． 第二部分，介绍了研制的大面积双叠层电离室，它是放射性核素次级束流线实验终端的主要探测设备之一，为次级反应产物提供两个ΔE信号．在首次放射性核束调试中取得了满意的结果.

智能控制接口

本文针对现在HIRFL加速器控制系统存在的一些缺点，提出了一种廉价的单片机系统——智能控制接口：对上，它代表设备可与控制微机构成网络结构；对下，它可分担控制微机的大量任务，完成对设备进行实时、细致的监控． 智能控制接口以8098为核心CPU,配以必要的外围扩展电路，成为一个较完善的控制小系统．它以多种方式反应外部脉冲信号，并输出16路的开关量．有16BITS的模数和16 BITS路的数模转换功能，还能实时处理8路以上的异常事故，它还支持STD总线标准。 智能控制接口通过串口与微机通信，文中提出一种解决微机与智能控制接口间一对多的串行通信任务的方法。并以两个应用实例说明智能控制接口如何实现对下（设备）的实时控制和对上〔与微机）的通信联系，并以可视化编程语言Visual Basic开发微机上的控制程序，实现控制程序往Windows方向的转移．

加速器运行状态报警系统设计

加速器运行状态自动报警系统作为兰州重离子研究装置（HIRFL）自控系统的一部分，自动检测加速器运行时各设备状态，发现异常发出声光报警。系统软件主要采用c语言，声光报警装置通过CAMAC输出寄存器受计算机控制。

SSC120KW高频发射机改进可行性方案研究

我所SSC120KW高频发射机是HIRFL（Heavy Ion Research Facility, LanZhou）的一个重要组成部分，长期的调机以及运行经验表明：两台发射机存在调机程序复杂运行不稳定、运行维护费用高等缺点。本论文讨论一种改进方案，并且介绍了大功率放大器的设计方法。 该方案采用国产电子管TH537作为功率放大管，槽路电感固定，采用一个可变电容调谐，另一个可变电容调整负载。槽路结构简单，调整方便，同时槽路元件较现在方案少，能节省建造和维护费用。论文中详细介绍了电子管特性的计算，槽路得设计方法，并对中和与消除寄生振荡的方法作了扼要的介绍。

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。

等时性回旋加速器的理论与设计

本论文比较系统地介绍了等时性回旋加速器的理论，并以兰州重离子加速器系统的注入器SFC和主加速器SSC两台等时性回旋加速器为例介绍该类型加速器的设计特点和设计方法，以及作者在这两台加速器上所做的一些具体设计和改进工作。 首先一般性地介绍加速器尤其是回旋加速器在原子核物理及粒子物理中的作用以及在其它应用学科中的作用，加速器学科尤其是回旋加速器的发展水平和发展趋势。在第二章中给出经典回旋加速器和等时性回旋加速器的理论基础，包括等时性加速原理，轴向聚焦和径向聚焦的稳定加速条件以及由扇块产生的方位角调变磁场提供的轴向聚焦力，径向运动稳定区和共振理论，和加速平衡轨道理论。从第三章到第五章，从等时场的建立，注入系统及引出系统等比较具体的方面来阐述该类型加速器的理论和各种实现方法。第三章介绍GORDON理论和Kb——Kr两种比较常见的理论等时场的建立方法，磁铁和线圈的设计和作用，以及磁场的测量。还介绍了对实际等时性磁场的评价以及通过对束流相位的测量来反映实际等时场的作用和对等时场的再优化等方法。在第四章中，系统地介绍了利用外离子源或利用其它加速器作为注入器时通常采用轴向或者径向注入方法。注入引出系统尤其是注入系统通常是影响一台加速器传输效率的关键性部分，因而在如何提高注入系统的效率方面人们做了大量的工作，特别是轴向注入方法。回旋加速器的中心区是注入的结束和正常加速过程的开始，其设计的好坏对注入效率和后面的束流轨道也是很重要的。第五章在讨论束流从加速器中的引出时，主要强调束流用户或后级加速器对引出束流品质的要求以及引出效率，因而强调了较高的内束流质量和单圈引出的重要性，以及提高引出点的圈距的具体的方法如提高加速圈距、共振进动和非共振进动方法。引出路径上的束流聚焦也是引出系统设计应考虑的一个方面。另外还介绍了再生引出和剥离膜引出方法。在这几章中不仅介绍了回旋加速器的理论，通常从Hamilton方法出发，而且还介绍了进行实际加速器设计中常用的束流轨道数值计算方法。但前者在理解加速器的物理图像方法以及在设计初期对某些重要的参数的评价和估计方面是很必要的。在介绍等时性回旋加速器的理论和设计方法的同时还以SFC和SSC两台回旋加速器和它们的分系统的具体设计为例子作了比较详细的实际应用对照。 论文的最后部分，即第六章是介绍作者自己在回旋加速器的理论和设计方面的部分工作，为了保持整篇论文的协调一致，没有将在国外所做的工作列入，只编入了在HIRFL上进行的直接与回旋加速器的物理设计有关的工作： ① 作者提出的一种新的等时场垫补和优化方法，该方法利用回旋加速器垫补线圈的磁场贡献具有台阶性的特点，对垫补或优化区域采取从小半径到大半径或反过来逐步垫补的方法，它既适用于紧凑式回旋加速器也适用于分离扇回旋加速器，它具有直观性和可对垫补及优化过程进行直接干预的特点。 ② 对SFC的轴向注入系统进行了改进设计，新的注入系统配备两台在线ECR离子源并加强和增加了注入束运线的功能，如增加了离子源的电荷态分析能力，束流发射度的限制功能、进行发射度测量和束流状态的监测功能等等。新的注入系统还提高了三次谐波加速情况下的注入电压以减小空间电荷效应的影响。相比原系统新的轴向注入束运系统有更高的注入效率，更好的调束手段和更好的空间安排。 ③ 对SFC轴向注入束运线的聚束器系统进行了重新设计，用二台分别工作再SFC采用基波加速模式和三次谐波加速模式下的不同聚束器结构代替原来的一台聚束器，以适应SFC较宽的加速粒子和能量范围，并提高了聚束器本身的指标，可以明显地提高轴向注入系统的传输效率和SFC的内束流质量，同时该聚束器系统还采用了新的半频聚束模式，在不影响SFC的效率和束流质量的情况下可以将SFC与SSC的理论纵向匹配效率由原设计的50%提高到100%。 ④ 对SFC加速器的中心区进行了改进设计，配合轴向注入系统将三次谐波加速时的注入半径由2.5cm提高到3.0cm，使加速较重的重离子的条件得到改善，并保留基波加速时2.5cm的注入半径，即新的中心区要适应两套注入参数，每次仅更换新的螺旋线型静电偏转镜。新的中心区还照顾到SFC高频DEE电压在某些情况下偏低的不足。 ⑤ 在对HIRFL加速器系统进行了全面的分析后，提出了一系列的提高其束流指标和运行效率的改进措施，作为进一步工作的方向，并给出了在完成目前正在进行的改进工作后和2000年前后HIRFL可能达到的束流指标。 在附录中一般性地介绍了Hamilton分析力学和带电粒子束的相空间理论，在讨论了束流动力学研究中经常用到的传输矩阵方法和轨迹跟踪方法。在附录二中介绍了加速器用的多电荷态离子源的情况，尤其是以ECR离子源为代表的高电荷重离子源的情况。

兰州重离子加速器冷却储存环注入引出设计及其计算机模拟

环形加速器注入引出方法的研究对提高环内束流的强度、提高引出效率以及束流品质，具有重要的意义。本文对一些常用的环形加速器注入引出方法作了较为详细的研究，并着重对单圈注入、多圈注入与射频堆积以及束流冷却的有机结合作了理论研究和计算机模拟，从理论上实现了重离子束的快速累积。并建立了较完整的计算机程序，对这些多过程的结合进行了模拟，获得了与实验相符的结果。这一理论工作在国内尚属首次，在国际上重离子储存环领域中也是重要的新课题。 本文的研究重点是围绕兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）注入引出系统的设计，对CSR主环的多圈注入、射频堆积等束流累积过程、主环的快引出和慢引出过程以及实验环的单圈注入过程进行了详细的计算机模拟，为CSR的束流累积、注入引出系统的工程设计提供了理论依据。

C_(60)薄膜的荷能离子束辅照损伤效应的研究

本文简要介绍了C60的基本属性，以及荷能离子与固体相互作用的基本理论，回顾了C60辐照损伤的国内外研究现状，重点描述了在中国科学院近代物理研究所的低能离子注入机及兰州重离子加速器（HIRFL）上完成的C60薄膜的辐照实验和辐照样品的拉曼谱、X光电子谱和X射线衍射谱分析。分析结果表明荷能离子的辐照破坏了C60的分子结构和晶体结构。我们用热峰模型解释了在电子能损起主导作用能区的实验现象，分析了电子能损与核能损在C60损伤建立过程中的作用，并通过与聚合物中辐照损伤结果比较，确定了C60辐照样品中，石墨成分和无序碳成分的产生及其随辐照剂量和能损值的变化规律。在此基础上，建立了C60辐照损伤的物理图像。

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。

一种新型阻性板室（RPC）探测器的研制

气体探测器在核物理及粒子物理领域有着广泛的应用，尤其是阻性板室探测器，以其低廉的造价、优异的性能在各个大型实验室中都发挥着重要的作用。日本国家高能物理实验室(KEK)的Belle探测器，斯坦福大学斯坦福直线加速器中心(SLAC)的BaBar大型探测器，欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)的CMS与ATLAS谱仪，北京高能物理研究所(IHEP)的BESⅢ谱仪都使用阻性板室作为触发系统或缪子探测器。 随着HIRFL-CSR项目的完工。RIBLL2开展高能放射性束物理实验成为可能，而为了鉴别高能重离子碰撞实验中出射的高能轻粒子，有必要测量粒子的飞行时间(TOF)。为此，我们研制了单隙定时RPC，并作了简单性能测试。在CSR实验终端上，它可以作为传统塑料闪烁晶体+PMT时间探测器的替代，成为反应出射产物测量的大型探测器系统(4π)中的重要成员。 本论文对RPC的发展历史以及被广泛应用的原因做了深入而详细的研究，并对RPC的结构、性能、工作模式、特点、气体系统等进行了深入探讨。研制了一套单气隙RPC探测器样机，测设了一些相关性能，并对所遇到问题的产生原因以及解决方案进行了分析。为了测试RPC的需要，搭建了一套多组分工作气体配气系统，论文中还对包括质量流量计的选定，相关配件的选择，以及后期整个配气系统的组装与调试进行了详细描述