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。

重离子束介导植物转基因研究及其辐射育种的生物学效应

遗传转化是基因工程的一个重要研究方向，而利用重离子束介导转基因技术是近年来新兴的一门技术，这种技术的原理是利用离子束对植物细胞的蚀刻作用，造成受体细胞表面的损伤和穿孔，从而引起细胞膜透性和跨膜电场的改变，将外源基因引入植物细胞。特别是近年来植物总D NA转化技术得到了发展，借助离子束介导转移活性裸露D NA大分子已成为当前引人注目的一个研究方向。本论文将利用这一基因转导的新技术，探索基因高转化效率和稳定表达的转基因方法。而且，本论文还结合辐射育种研究了植物种子受辐照后的相关生物学效应。材料与方法： 本论文采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳离子辐照植物种子，种子经辐照后，以常规手段进行基因转导。另一部分被照种子则萌发后，统计其发芽率，发芽势，微核，并进一步测定其多项酶学指标，分析它们与剂量之间的关系。结果：·低剂量辐照不能抑制种子的发芽率，反而有促进种子萌发的作用·低剂量辐照也能激活细胞的防御系统，部分抗氧化酶活性与LET有相关性。·作为主要抗氧化物质的SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（过氧化氢酶）对剂量的反应不灵 敏，低剂量作用时不能发挥作用。这种情况卞可能主要由GsH佩Px（谷肤甘肤过氧化物酶）和NOS（一氧化氮合酶）发挥清除自由基的作用一·低剂量辐照可以促进种子萌发，高剂量则抑制种子的发芽。碳离子和电子辐照都能激活细胞的防系统。在幼苗期，抗氧化酶的分布不尽相同：SOD9超氧化物歧化酶（和GSH-PX（谷胱甘肽过氧化物酶）的活性是根茎部高于叶片部，而CAT（过氧化氢酶）的活性是叶片部更高。

低能重离子束对生物分子的辐照效应研究

该文采用L(+)-半胱氨酸及其衍生物和原卟啉Ⅸ二钠盐等生物分子中所没有的铁元素的重离子注入和多种现代仪器分析技术,研究了低能重离子束对生物分子的辐射照应.总之,荷能铁离子束辐照生物分子不但可引起分子的结构损伤,产生新的分子产物,也可沉积在新的改性分子产物之中,直接证实了注入重离子的质量沉积效应,对重离子束生物学的发展提供了重要的理论支持.该文的研究结果还预示着重离子束必将在生物和药物分子改性等研究领域具有重要的实际应用价值.

重离子同步加速器SIS中的束团纵向稳定性理论、测量和模拟

本论文中的工作是在德国重离子研究中心（GSI）和中国科学院近代物理研究所的联合培养计划下完成的。论文以GS工的重离子同步加速器SIS为主要研究对象，就其强流运行及为GSI最近批准的新项目而升级的纵向动力学方面进行了研究和探讨。该项工作对于在建的大科学工程兰州重离子储存环HIRFL-CSR有借鉴意义。在GSI的新项目国际重离子、反质子加速器科学研究装置的蓝图中，现有的重离子同步加速器S工S将作为前级提升束流的强度和能量。束团的纵向稳定性是保证可靠的强流运行所必须回答的问题，包括以下内容，在本文中分别进行了探索和解答：纵向的重离子加速器环境阻抗模型；在可能的阻抗条件下束流线性稳定性；在阻尼及不稳定性效应下束流相空间分布的演化行为和结果（发射度增长、粒子丢失等）及其内在机制；对不稳定性和束流相空间稀释效应进行控制的可能性。不同流强下束流纵向相空间测量，这是本论文工作的一个重要基础。自洽的Vlasov束团模型（任意外场加空间电荷效应下的束流匹配）和实际运行中的非理想捕获过程（有限的高频电压上升时间，对应不同的绝热系数），作为任何束团运行和稳定性研究的前提分别在论文中得到了厘清。解析方面的工作包括定态和微扰理论，即将线性Vlasov方程应用于束团，并在适当的近似下得到简洁的解析方程。经过重新推导，得到了修正的Sachrer积分方程，使之在强空间电荷效应下的仍然适用，由此得到了线性稳定图。编写调试成功了PIC（particle-in-cell）算法的模拟程序，和线性理论相互校验，并与己得到的实验结果进行了对比，对实际运行中复杂过程进行了模拟，并研究了不稳定性发展后期非线性阶段。线性理论，模拟和实验结果有很好的一致性。在SIS实验中观察到一种流强相关的束团相干模式演化现象，该现象揭示出束团中朗道阻尼条件，这与束团稳定性密切相关。对空间电荷抑制朗道阻尼效应及发射度增长进行了细致研究。提出用快反馈装置控制相空间稀释的思路。线性理论和模拟的结果都预言，在阻性阻抗和空间电荷阻抗存在下，藕合束不稳定性是515多束团强流运行的潜在威胁。阻性阻抗来自管壁及加速器部件的有效导电性或特殊共振结构，或直接来自频率偏置的高频腔。阻抗补偿或特殊的束团操作可以用来控制桃合束不稳定性。

DNA重离子辐照敏感性序列的探索

DNA是辐射损伤的关键靶分子．有关高LET射线诱导的D＼A双链断裂（DSB）的机理之一，即DNA上是否存在辐射敏感性序列己逐步成为辐射生物学研究的热点基于重离子对DNA损伤的重要性和复杂性，刘DNA DSB非随机分布现象和DNA上是否存在敏感性序列，口前仍颇有争议，对其机理没有统一的解释．木论文瞄准DNA辐照敏感性这一前沿课题，从实验和理论两个方面进行研究．本研究的两个主要目的：1．实验卜用重离子对体外D狱照射，验证垂离子诱导的DSB非随机分布．2．理论上建立模型，揭示DNA簇损伤机理，预测。SB的分布．实验的材料与方法：采用兰州重离子加速器装置引出的7.19MeV/u20UNe7+，5.19 MeV/u 22No2+离了辐照质粒DNA．对辐照样晶，采用凝胶电泳分析！〕M链断裂分布；采用红外技术分析DM的微观损伤．理论模型：对DSB非随机分布机理提出假设：一方面与重离子在其径迹周围产生的人量低能次级电子有关；另一方而与DNA碱基的化学性质以及碱基的排列特征有关，即DNA上存在敏感性序列．建立了DNA吸附低能电子共振激发引起D＼A损伤模型，探索了将量子化学从头计算用在DNA损伤机理的研究中．结果：1．电泳结梁证实了DSB片断的非随机性分布，结果还发现，大剂量照射时DNA出现严重的交联，剂量越大交联产额越高，而且交联片断分布也是非随机的．2．红外分析发现DNA上关键基团的特征峰振动强度随剂量的增加而增加，剂量效应明显．3．得出了质粒DNA三种形式变化与剂量的关系。4.掌握了基于LinLlx系统的Trax对重离子深度剂量模拟．5．用量子化学计算了小分子的电子激发势能面以及DNA上小官能团，以及寡核营酸的化学性质．

CSR数字射频系统的同步算法研究与应用

本文要解决CSR控制系统中扮制信号同步传送问题。HIRFL_CSR(Heavy Ion Research Facility at LanKZhou-Cooling StorageRing兰州重离子冷却储存环）是国家九八爪大科学工程之一，它的控制是一个非常庞大而复杂的系统，它由多个子系统构成，各个子系统之间的协调同步是HIRFL-CSR运行的关键，也是HIRFL-CSR从控制系统的核心问题之一。。CSR工程的同步系统包括环内各设备之间的同步，环与门前端务器的同步等等。同步系统的实现应该在保证协调同步的雄础上，还要保证整个控制系统的稳定性，实时性，准确性和抗干扰性。本文的披个解决方案是建立在直按序列扩频通信技术上的。扩频通信系统可以增强控制信一号的抗干扰性，完成f言号的可靠传输。在信号发送端，进行恭带信号的载波调制，然后经过pN码的扩频调制，进入信道传输；在接收端，先进行四码的解扩一，然后进行载波信号的解调，还原为发送端的信号。在整个过程中保证CSI又控制信号的同步，包括载波同步，位同步和群同步。本文主要工作和研究内容是CSR系统中的载波同步传输算法的不开究，设计和实现。主要工作包括（1）不叶究控制洁号在通信算法中的性能，在算法分析的基础上，使用MATLAB实现模拟控制信号通信过程，同时进行传送信号分析和噪声功率分析，测试可行性:(2)在仿真可行的情况下，把整个通信过程全部或者部分写为可以执行的C或者汇编代码，在TMS323C6711DSK板进行程序调试；（3）把可执；行的释序下我到以TrAG为接口白如醚件协尔32C6713DSP模块，实现在CSR系统中控制信号的传送。本文目的是解决控制信号的同步通愉问题，对于该问题的传输分析和同步实现以及提出的下一步研究，在C双控制I具有很重要的意义，同时也对于类似问题的解决有重要价值。

HIRFL剥离器后切束线物理设计

HIRFL is a tandem cyclotron complex for heavy ion. On the beam line between SFC and SSC, there is a stripper. Behind it, the distribution of charge states of beam is a Gauss distribution. The equilibrium charge state Q_0 is selected by 1BO2(a 50° dipole behind the stripper) and delivered to SSC. One of two new small beam line (named SLAS) after 1B02 will be builded in or der to split and deliver the unused ions of charge states (Q_0 ± n) to aspecific experimental area. Q_0 ± n ions are septumed and separated from initial(Q_0) ion beam by two septum magnets SM1, SM2. The charge state selected by SM1 will be Q_0 ± 1(6 ≤ Q_0 < 17), Q_0 ± 2(17 ≤ Q_0 < 33) and Q_0 ± 3 (Q_0 ≥ 33) forming a beam in one of the two possine new beam line with the stripping energy of (0.2 to 9.83 Mev/A), an emittance of 10π mm.mrad in the two transverse planes and an intensity ranging from 10~(11) pps for z ≤ 10 to some 10~5 pps for the heaviest element. Behind SM2, a few transport elements (three dipoles and seven qudrupoles) tra nsport Q_0 ± n beam to target positions T1, T2 (see fig. 1) and generate small beam spots (φ ≤ 4mm, φ ≤ 6mm). The optics design of the beam line has been done based on SLAC-75 (a first and second - order matrix theory). beam optics calculation has been worked out with the TRANSPORT program. The design is a very economical thinking, because without building a new accelerator we can obtain a lower energy heavy ion beam to provide for a lot of atomic and solid state physical experiments

荷能重离子在等效生物组织--液态水中的径迹结构及能量沉积分布研究

本文建立了生物组织中最重要成分--液态水中的重离子径迹结构Monte Carlo计算模型，用它来研究重离子径迹内的能量沉积分布。最终将计算结果同实验值或其它#dalta#射线理论计算结果进行了比较。另外，由模型的电子传输慢化部分或OREC和CPA程序计算得到的单电子径迹中的绝对和相对能量沉积频率结果来看，这些单径迹效应结果都支持了低能重离子注入造成深部生物效应的作用机理--软x射线机制。本文的目的在于建立细胞损伤强度和损伤范围与重离子参量之间的关系，从理论上探讨重离子生物效应的机理

重离子耗散反应激发函数振荡结构的实验研究

直到八十年代中期，人名才发现耗散反应激发函数中存在振荡结构这种新现象。通过对激发函数振荡结构能量自关联函数的研究是获得复合核能级宽度的一个重要手段，Brick推广了Ericson的复合核统计理论，并成功地用于分析耗散反应激发函数振荡结构的研究，提取相应的能量相关宽度Г。本文报道了19F+51V耗散反应激发函数振荡结构的实验研究结果，用能级部分重叠模型对角动量相干引起的截面涨落、能量自关联函数进行了计算分析。实验中采用ΔE-E粒子鉴别方法和飞行时间TOF测量技术队102.25Mev~109.5Mev19F+51V反应类弹产物同时进行电荷和质量鉴别。首次在各个元素、同量异位素（质量数A为常数）和同位素的耗散反应激发函数中观察到振荡结构，并进一步证实了反应产物的各个出射道之间存在着相关。检验了用小角度弹性散射计数做相对归一对激发函数振荡结构研究可能造成的影响。分别采用能量自关联函数方法和谱密度方法提取了各个激发函数的能量相关宽度Г，其值大小为~350kev，并与出射道的电荷数Z、质量数A和中质比N/Z有很大的依赖关系，表明出射产物与入射弹核的差别越打所需的反应时间久越长。首次得到了Г随N/Z值变化的趋势，Г随N/Z的分布为Gauss型，通过分析分布的宽度得到其大小随相互作用时间的增长而线性增大的结果，并进一步提取了电荷扩散系数，证实了反应系统已达到电荷平衡。Г的数值随出射角的增大有减小的趋势。双核系统的转动造成了Г随出射角的变化关系，实验提取的双核系统平均角速度发生了较强的阻尼。用能级部分重叠模型在适当的精度内对激发函数和能力自关联函数进行了模拟。计算分析说明入射道的动能大多数转化为双核系统的转动能，只有较少部分转化为双核系统的内禀激发能，双核系统被激发到能级密度不太大的区域，能级之间的部分重叠引起截面的振荡行为。入射道角动量的相互干涉、双核系统能级的部分重叠和出射道的相互关联使得耗散反应的激发函数表现出其特有的规律性。

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。

HIRFL束流相位测量系统的研究和改进

兰州重离子研究装置（Heavy Ion Research Facility at LanZhou,HIRFL）是由一台1.7m扇聚焦回旋加速器（SFC）与一台能量常数K=450的分离扇回旋加速器（SSC）组成的加速器系统。束流相位测量系统式束流诊断系统中的一个重要部分，对等时场优化等具有十分重要的作用。HIRFL束流中心相位测量系统于1985年完成了桌面实验，但由于测量精度低，现场抗干扰能力差，一直未能投入使用。 本课题的目的就是找出原系统存在的问题，逐一解决，以便提高其可靠性与测量精度，达到设计要求。 在通过一系列的电子学部分改进和SSC中心相位探针改造之后，于1995年7月第一次测出了SSC中心束流相位。此后，逐步完善改进电子学硬件部分，同时全新设计了系统控制软件，提高了在SFC和SSC上束流相位的测量精度，终于使该系统达到了测量精度为±2.75°~±1.5°的水平。 本论文第一、二章阐述了束流中心相位测量原理和HIRFL束流中心相位测量系统的工作原理，这是本工作的基础和出发点。 在本论文的第三章中，分析了原系统中存在的主要问题。实践使用中可以看出原系统灵敏度低，抗干扰能力差，可靠性差，测量精度低。为了定量判断系统存在的问题，我们设计了自检系统。利用自检系统我们测出原系统测量精度为±6°，且检测出原系统sin，cos正交输出异常。同时测量了原系统多路开关串话量，大多数道与道之间高于最低要求的-40dB，最差只有-20dB，证明存在严重的道间干扰。 本文的第四章中，针对原系统的可靠性差和精度低的两个问题，采取了硬件与软件两方面的各种措施，对系统加以改进。首先，为了提高系统的可靠性，必须提高系统抗干扰能力。为此，我们进行了两个方面的工作，一是根据我们现有条件自行设计了一种新的电缆电子学长度校正方法，大大减少了电缆间相差（小于0.3°），从而有效地提高了系统的抗干扰能力。这种方法不但可以用来校正相同介质电缆，而且可以用来校正不同介质电缆的电子学长度。二是设计了新的信号预选器，其串话量达到约-70dB，并完善了电磁屏蔽，使其完全达到了设计要求。在改进硬件的同时，为了提高可靠性，重新设计了系统控制软件。新的软件测量数据可靠，漏报概率为10-3，操作简便直观，并易于发展。其次，我们工作的重点是提高测量精度。根据自检结果，我们采取了如下措施： （1） 通过对自检数据进行分析，并与理论分析比较，发现问题主要存在于90°移相电路中。而其后的检测证实了这一点。重新调整90°移相电路，并对90°电缆相移进行了精确的校正，从原81.5°校正为90.6°，从而使系统的精度从±6°提高到±4°。 （2） 通过自检数据和理论分析发现鉴相器存在输出增益不平衡，在解决问题之后使系统测量精度达到了±2.75°~±1.5°。 在本文的第五章中，对加速器运行时的中心束流相位测量结果进行了详细分析。结果证明，测量数据可靠，能正确反映出磁场变化情况，测量重复误差达到了±0.5°，从而说明改进后的中心束流相位测量系统性能良好，达到了设计指标。

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。

Radiative lifetimes of metastable states of negative ions

We present a technique for measuring the radiative lifetimes of metastable states of negative ions that involves the use of a heavy-ion storage ring. The method has been applied to investigate the radiative decay of the np3 2P1/2 levels of Te–(n=5) and Se–(n=4) and the 3p3 2D state of Si– for which the J=3/2 and 5/2 levels were unresolved. All of these states are metastable and decay primarily by emission of E2 and M1 radiation. Multi Configuration Dirac-Hartree-Fock calculations of rates for the transitions in Te– and Se– yielded lifetimes of 0.45 s and 4.7 s, respectively. The measured values agree well with these predicted values. In the case of the 2D state of Si–, however, our measurement was only able to set a lower limit on the lifetime. The upper limit of the lifetime that can be measured with our apparatus is set by how long the ions can be stored in the ring, a limit determined by the rate of collisional detachment. Our lower limit of 1 min for the lifetime of the 2D state is consistent with both the calculated lifetimes of 162 s for the 2D3/2 level and 27.3 h for the 2D5/2 level reported by O'Malley and Beck and 14.5 h and 12.5 h, respectively, from our Breit-Pauli calculations.

Ferroelectricity and isotope effects in hydrogen-bonded KDP crystals

Based on an accurate first principles description of the energetics in H-bonded potassium-dihydrogen-phosphate crystals, we conduct a first study of nuclear quantum effects and of the changes brought about by deuteration. Tunneling is allowed only for clusters involving correlated protons and heavy ion displacements, the main effect of deuteration being a depletion of the proton probability density at the O-H-O bridge center, which in turn weakens its proton-mediated covalent bonding. The ensuing lattice expansion couples self-consistently with the proton off-centering, thus explaining both the giant isotope effect and its close connection with geometrical effects.

Angular distribution for the elastic scattering of electrons from Ar+(3s^2 3p^5 ^2P) above the first inelastic threshold

The measured angular differential cross section (DCS) for the elastic scattering of electrons from Ar+(3s2 3p5 2P) at the collision energy of 16 eV is presented. By solving the Hartree-Fock equations, we calculate the corresponding theoretical DCS including the coupling between the orbital angular momenta and spin of the incident electron and those of the target ion and also relaxation effects. Since the collision energy is above one inelastic threshold for the transition 3s2 3p5 2P–3s 3p6 2S, we consider the effects on the DCS of inelastic absorption processes and elastic resonances. The measurements deviate significantly from the Rutherford cross section over the full angular range observed, especially in the region of a deep minimum centered at approximately 75°. Our theory and an uncoupled, unrelaxed method using a local, spherically symmetric potential by Manson [Phys. Rev. 182, 97 (1969)] both reproduce the overall shape of the measured DCS, although the coupled Hartree-Fock approach describes the depth of the minimum more accurately. The minimum is shallower in the present theory owing to our lower average value for the d-wave non-Coulomb phase shift s2, which is due to the high sensitivity of s2 to the different scattering potentials used in the two models. The present measurements and calculations therefore show the importance of including coupling and relaxation effects when accurately modeling electron-ion collisions. The phase shifts obtained by fitting to the measurements are compared with the values of Manson and the present method.