HIRFL大型真空系统；The vacuum system of HIRFL

HIRFL是兰州重离子加速器装置的英文首字母缩写,其真空系统是一个大型综合性系统。HIRFL由离子源、扇聚焦回旋加速器SFC、分离扇回旋加速器SSC和多用途的重离子冷却储存环(HIRFL-CSR)组成。多条束流运输线将这些加速器连接在一起,同时将各种重离子束流送往10多个实验终端。根据加速离子和束流寿命的需要,对各加速器真空度的要求是不同的:SFC已有50多年的历史,经过3次升级改造,真空度从10-4 Pa提高到10-6 Pa;建于上世纪八十年代的SSC真空度也为10-6 Pa;而两个重离子冷却储存环(CSRm和CSRe)的真空度达到10-10Pa以保证重离子有足够长的储存寿命。多条连接束运线根据不同实验终端的要求,其真空系统的设计方案也不同,文中列举了微束实验终端采取的防振措施;为充气反冲谱仪设计的清洁、大流量真空差分系统及为重离子治癌等终端设计的超薄壁扫描磁铁真空管道等。

An integrating current transformer for fast extraction from the HIRFL-CSR main ring

For any experiment that uses the beam of an accelerator, monitoring the beam intensity is always art important concern. It is particularly useful if one can continuously measure the beam current without disturbing the beam. We report here on test experiments for an Integrating Current Transformer (ICT) used to measure fast extraction beams from the HIRFL-CSR main ring (CSRm). The laboratory tests and beam intensity measurement results are presented in this paper. The influence of the kicker noise is also analyzed.

中子墙探测器前端电子学研究

随着国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)建成，CSRm实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成。外靶系统主要有γ探测器、多丝漂移室（MWDC）、ToF墙(ToF Wall)、中子墙（Neutron Wall）等探测器组成，主要用于核物理研究。其中，用于探测中子的中子墙探测器是外靶系统中的一个重要组成部分，它有252个探测单元，每一个探测器单元都要求既有很好的能量分辨，也要有很好的时间分辨，同时还要求数据获取率达到每秒几千个事件。对于这样先进的探测器和大型实验探测系统采用传统的电子学仪器和方法已经无法构成读出电子学系统，建造与之相配的读出电子学系统是极为重要的和亟待解决的工作。为此，我们设计研发适合于中子墙探测器这样的大型闪烁体探测器的前端电子学读出系统。包括三大部分：16道电荷幅度转换电路（QAC），16道时间幅度转换电路（TAC）和有效信号判断电路。本论文的主要内容如下：在第一章绪论中，介绍了论文课题的出发点以及课题的意义，并对课题的背景进行了介绍。第二章介绍我们所自行设计的中子墙探测器的特点、结构。分析了中子墙探测器的输出信号的特点以及对后续前端电子学读出系统的要求。第三章是本论文两大核心部分之一，是本论文的创新点所在。主要介绍了我们电荷幅度转换的新方法，结合通常的QAC电路方法和具体的实际情况，我们自行提出了一种新的QAC电路，包括以下几个部分：差分输入电路、电流分割、上下恒流源、门控电流积分器。我们的创新点在于，我们用上下恒流源分别代替了通常QAC中作为电流分配的电流镜像和作为电流基准的电阻，这样一来更容易得到比较稳定的偏置电流，从而能够得到更高的转换精度。第四章是本论文的另外一个核心部分，首先我们论述了核电子学时间测量的几种方法，在对它们进行对比后，结合中子墙的实际特点，我们确定了采用起停型的TAC方法。然后介绍了TAC的原理，以及具体的电路结构。第五章主要的内容是对我们整个电路的逻辑电路进行了详细的介绍，它包括16道QAC和16道TAC的积分控制信号和泄放控制信号的产生电路以及有效信号判断电路。详细论述了这些逻辑关系以及如何在CPLD实现，并且给出了仿真结果。第六章详细讨论了我们在设计PCB板时遇到的问题及其解决方法。第七章介绍了多路QAC和多路TAC主要指标及其测试方法、步骤、结果并给出了误差分析。在总结部分我们回顾了我们整个工作的过程，介绍了论文的主要成果和创新点以及对于整个CSR工程的意义。本论文的创新点： 1、提出了一种新型的QAC电路。 2、将16道QAC和16道TAC以及有效信号判断电路集成在一个插件中提高了电路的集成度，并为最终集成在一片ASIC芯片中打下坚实的基础。 3、用可编程逻辑器件代替ECL器件来构建逻辑电路，降低了功耗和成本并提高了系统的可靠性

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

电荷测量与时序逻辑电路的研究

中国科学院近代物理研究所大科学工程HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）已建成并处于调试和验收阶段，实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成，主要用于核物理实验研究。CSRm TOF测量系统是现阶段CSRm实验探测系统的主要任务之一。 针对CSRm TOF测量系统电荷测量部分，论文阐述了一种采用前端ASIC-SFE16（Saclay Front End 16）芯片实现电荷测量的新型方法。它替代了采用分立元件和电子学插件构建系统的传统方法，着重解决了近代核物理实验中越来越突出的多路多道需求和高性能指标要求。根据我所多丝漂移室探测器的实际情况，我们设计了基于ASIC芯片的电荷测量前端电路板，结合中国科技大学的时间测量数字获取板，我们初步完成了对系统软硬件的测试，给出的实验室性能测试指标，为其在实验探测系统中的应用奠定了坚实的基础。 同时为了选出测量中的有用事例，需要进行事例判选，因此我们研制了多路延迟/脉宽调节时序逻辑电路，主要功能是针对提供的多路逻辑时序信号进行延迟和脉宽调节，支持NIM负信号输入和输出。 文中最后一部分论述了根据在调试过程中出现的实际问题所提出的解决方法，主要是针对电路的可靠性设计和噪声的处理

基于CMOS器件的专用放大电路设计

随着国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)建成，CSRm实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统具有多种探测器数万个探测单元。对于这样先进的探测器和大型实验探测系统采用传统的电子学仪器和方法已经无法构成读出电子学系统和数据获取系统，对前端读出电子学系统、数据获取系统提出更高的要求。因此，采用专用集成电路芯片(ASIC)构成前端读出电子学系统是最可行的方法。本论文所述的基于MOS管的专用放大电路设计正是基于集成电路（ASIC）芯片构建前端读出电子学系统的前期研究子部分。作为ASIC前端读出电子学研究的一部分，本论文主要阐述基于MOS器件的放大电路的研究，主要包括以下内容： 1、设计及实现基于CMOS管的电荷灵敏前置放大器，最后给出制作PCB板后的实验室调试结果； 2、设计仿真基于DMOS管的电荷灵敏前置放大器，对仿真结果进行讨论； 3、利用集成电路设计软件Tanner Pro实现电荷灵敏前置放大器的物理版图设计

深层治癌重离子束的配送

在辐射治疗应用方面，相比传统体外辐射疗法，高能量的重离子束流有着巨大的优势。近年来，世界上多数重离子治疗中心都对重离子的辐射特性已经进行了深入研究，从2006年起中国科学院近代物理所也开始了重离子辐射治疗肿瘤的临床实验。目前绝大多数重离子治癌中心都采用了包括一对独立的二极铁的束流配送系统，将从加速器引出的笔形束流在肿瘤的各层等深横截面上进行均匀照射。本文重点阐述了HIRFL-CSR重离子治癌装置中的束流配送系统的工作原理和分系统结构，包括深层治癌重离子束运线，终端扫描系统和根据治疗计划生成的扫描路径软件系统。第一部分简单介绍了世界上各大重离子医疗辐射工程，总结了医疗重离子加速器的设计经验，尤其对日本的HIMAC和德国GSI重离子治癌装置进行了详细介绍，同时对新型重离子治癌装置的特点和重离子治癌装置的发展方向进行了介绍。侧重分析研究了束流引出系统、控制系统和扫描系统的工作原理和相关在线设备，详细比较了两种扫描方式的优缺点。第二部分重点介绍了HIRFL-CSR加速器及其重离子辐射应用工程。CSR是中国第一台重离子冷却存储环，其主加速器CSRm是在兰州重离子治癌装置的核心，负责提供对应不同穿透深度不同能量的慢引出束流。兰州近代物理所的治癌临床实验分为三个阶段，其中第一阶段利用HIRFL辐照终端引出的重离子束流对浅层肿瘤进行适形照射。第二阶段利用CSRm引出的重离子束流开展对深层肿瘤的辐照实验，包括动物实验和临床实验。第三阶段在技术成熟后将小型医用重离子加速器向社会推广。第三部分中总结回顾了深层治癌重离子束运线的设计原理和和束运线的磁聚焦结构。对扫描系统（栅扫描和点扫描）进行了计算机模拟和束斑尺寸的控制方式进行了讨论。在重离子深层治癌进行第一次动物实验时，利用位于终端的分条电离室测试了治癌重离子束流的基本参量，得到了引出束流在垂直和水平方向以及束流微结构的品质信息，并用梯度法测量了束流的发射度。这些工作对于模拟不同引出束流情况对应的不同扫描方式时束流照射均匀度很有帮助，也给制定肿瘤的治疗计划提供了一些参考。最后论文还简单介绍了束流的共振引出系统，侧重说明引出束流的特性，提及重离子垂直治疗终端桶型旋转机架的设计

HIRFL-CSR系统中主环外靶实验装置中中子墙的设计与研制

中子墙是HIRFL-CSRm加速器系统CSRm外靶实验装置中的关键设备，采用飞行时间法探测中子物质。为满足物理目标的要求，中子墙要对中子有高的探测效率(>90% @ 1 GeV)和好的能量分辨（δE/E<5%）。基于Geant4模拟计算，中子墙被设计为由36闪烁体单元和216量能器单元构成，所有单元分14层，每层18个单元，相邻层垂直排列。闪烁体单元尺寸分为1500(长)×80(宽)×80(厚) mm3，量能器单元为1500×80×70 mm3。其中量能器单元由5层10 mm厚和4层4 mm厚的钢板及2层2 mm厚钢板(最外两层)相间组成，5层晶体耦合到一个光导。信号从单元两端由滨松公司生产的R7724光倍管读出。在探测单元的研制中，重点研究了晶体包装材料、晶体与光导以及光导与光电倍增管间的光学耦合等关键问题。利用宇宙射线对模型单元进行了测试，研制的闪烁体单元和量能器单元平均时间分辨()分别好于80ps和100ps。建立了中子墙单元模拟程序，模拟了宇宙射线粒子入射到探测器单元中光子产生、传播以及光倍管对光子的响应和信号处理的全过程，模拟结果与测试结果有较好符合。基于此，进一步模拟了单元对中子入射的响应，估算了中子墙对不同能量中子的探测效率（>90% @ 1 GeV）和能量分辨（δE/E<5%）。为提高在中子墙建造过程中对所组装的探测单元进行检验和测试的效率，建立了多单元同时测试的宇宙线测试平台。基于此平台，不仅可以测量光输出和时间分辨，还可以得到被测单元的光传输衰减长度。建立了一套光学刻度系统，用于中子墙实验运行中的刻度和工作状态监测。本论文工作确保了中子墙建成后将达到设计指标、满足实验要求，论文工作中积累的经验和获得的知识为中子墙的制造完成以及运行奠定了坚实的基础

高品质CsI晶体研制及HPLUS谱仪中电磁量能器模拟

在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中，电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于高能γ射线和电子的探测，共需要约1020根晶体单元探测器，总重量约3500～5000公斤。另外，我们还计划在CSRm的外靶实验终端建造一个可测量单个射线、所有射线的能量求和以及多重性的γ球探测器，该探测器预计使用CsI(Tl)晶体，总重量约1700公斤。鉴于近代物理所对CsI晶体的大量需求，我们启动了自行研制大尺寸CsI晶体的计划。目前，我们已经掌握了利用Bridgman晶体生长技术，生长出高品质、大尺寸CsI晶体（~100mm×350mm）的工艺。同时我们也掌握了各种不同尺寸和形状的CsI晶体加工工艺。测试结果表明，自行研制的CsI(Tl)晶体的多项指标均好于其他厂家的同类产品。本论文工作的主要内容有：（1）高品质、大尺寸CsI晶体生长工艺的摸索；（2）自制CsI晶体性能的系统测试，包括：光产额的温度效应、PD/APD读出时的能量分辨(源测试)、表面处理和光输出的关系、包装材料的选择、光输出非均匀性、辐照硬度等，以及自制CsI(Tl)晶体在重离子物理实验中的应用等；（3）基于GEANT4软件包，建立了CsI(Tl)晶体探测器的模拟程序，模拟主要集中在对影响单元探测器性能的因素进行分析，包括：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型和厚度、提前簇射、晶体光输出非均匀性等。建立了EMC探测器的模拟框架，并通过模拟初步确定了HPLUS中EMC探测单元尺寸和和探测单元数目，为EMC设计的优化以及HPLUS的整体模拟打下了重要的基础

HPLUS电磁郎能器的初步设计

在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中，电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一，其性能将直接影响CSR上强子物理实验的水平。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于探测来自于强子碰撞中的高能光子和电子。中科院近代物理研究所已经完全掌握了高品质、大尺寸(~F100mm×350mm) CsI(Tl)晶体的生长和加工工艺。测试结果表明，近代物理所自行生长的CsI(Tl)晶体的多项指标都明显优于其他厂家的同类产品。目前，使用自行生长的CsI(Tl)晶体制作的探测器在实验中已得到很好的应用，表现出优良的性能。为优化HPLUS的设计，需要进行大量的Monte Carlo模拟计算，包括物理事例产生器的建立、子探测器的设计及其响应、数据的输出等。目前基于GEANT4的HPLUS模拟软件包正在建立中。EMC是HPLUS的子探测器之一，相应的模拟模拟程序也在建立中。本论文的工作的主要内容包含两个方面： (1)自行生长的CsI(Tl)晶体性能系统测试。包括：能量分辨水平、光输出对温度的依赖关系、辐照硬度以及大尺寸晶体的光输出均匀性等。 (2)为HPLUS的EMC探测器搭建了初步的模拟框架。基于GEANT4软件包，建立了EMC的模拟程序，并对EMC prototype探测器的设计进行了初步模拟，如：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型、提前簇射等，确定了prototype探测器的尺寸和阵列数，为prototype探测器的设计提供参考依据；对CsI(Tl)晶体单元探测器的光学效应也做了相应的模拟，包括晶体的表面处理和几何形状对闪烁光收集的影响等，并在实际工作中指导了晶体的表面处理

HIRFL-CSR主环中束流加速过程的研究及束流反馈环路分析

本文的第一部分对设计中的兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的主环(CSRm)中束流的加速运动进行了较为详细的研究和计算机模拟。首先，作为加速运动的理论基础，推导出同步加速器中束流纵向相运动方程，并对纵向运动作了全面的描述。接着分析了加速运动的过程，同时介绍了绝热捕获和绝热同步振荡运动的概念，在此基础上根据两种不同的加速模式分别对主环中束流加速过程进行了计算机模拟，给出了主环在加速期间的高频运行参数，并得到了引出束流在动量散度和相位方向上的分布。最后比较了绝热捕获和非绝热捕获下的加速效率。本文的第二部分，从理论上仔细分析了高频控制系统中的束流反馈环路。在CSR预研阶段，高频控制系统的主振荡器为压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)，由于其频率稳定度一般在1.0%附近，无法达到系统要求在0.1%左右的精度，故采取了束流反馈机制。首先，本文在频率失谐下的相运动方程基础上建立了数学模型，接着推导出系统的传递函数。然后在计算机模拟中，通过数值计算，得到了系统传递函数的仿真结果，并给出了在闭环控制下束流平均闭轨偏移以及频率稳定度随时间变化的曲线。通过模拟结果表明，束流反馈环路能保证高频系统所要求的频率稳定精度，这为CSR高频控制系统的设计提供了理论依据。

关系数据库在CSR准直安装中的应用及CSR测量控制网的设计

国家“九五”重大科学工程项目一兰州重离子加速器冷却储存环工程 CIRFL－CSR），其准直安装由于所涉及的范围大，对元件的定位精度要求极高，所以难度很大．针对工程的特殊要求和具体情况，我们在HIRFL－CSR的准直安装中采取了一系列新的方法和仪器．其中包括建立测量控制网，使用激光跟踪仪进行测量和安装定位．本论文主要介绍了HIRFL－CSR的准直安装的总体方案佩介绍了SMX4500型激光跟踪仪的特点和主要功能佩结合激光跟踪仪的特点，建立了CSR准直安装数据库系统；测量控制网的设计．结合工程的具体特点和仪器的功能，我们拟定了“分层建网，逐段控制”的建网方案．分别设计了CSRm, CSRer前注入线，RIB II各个部分的控制网，以及全局控制网．控制网图用AUTOCAD2000直接在相应的工程图上绘出，再将控制网参数输入到NASEW95中进行平差计算．并且编写了从AUTOCAD2000到NASEW95的数据交换程序，实现了数据交换的自动化．在控制网设计的过程中，采用了方便高效的“自由设站”的方法，和传统的方法相比，用较小的工作量，获得了更多的参加平差的网点．另外，采用了一种特殊形式的闭合延伸导线延伸网，使环上的控制网点的数量减少一半以上，而精度却有所增加。根据激光跟踪仪的特点，建立了一个关系数据库系统，并编写了其前端应用程序，实现了HIRFL－CSR准直安装过程中的数据存储，坐标转换，以及必要的文件格式转换等功能．对于安装定位，采取以下措施：分别建立元件坐标系，局部坐标系和全局坐标系，然后用坐标转换的方法，将不可见的元件磁中心的局部坐标值，转化为安装定位时可用的靶标座的局部坐标值，最后用激光跟踪仪进行安装定位．在安装定位过程中，由于激光跟踪仪可同时监测靶标点的X，Y，Z坐标，所以元件的平面坐标值(X, Y)和竖直方向的坐标值（Z）可同时考虑，一次调整完．改变了传统的准直过程中的元件的水平和平面位置分两次调整的方法．

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。

CSR电子冷却中电子束的空间电荷效应研究

电子冷却是利用具有相同平均速度运动的强流冷电子束与热的离子束在储存环的一小部分相互重叠，通过多次库仑相互作用，达到降低束流发射“度和动量散度，改善束流品质的一种有效方法。HIRFL-CSR就是采用电子冷却方法迅速压缩储存环中离子束的横向包络、发散角和纵向动量散度，从而获得高品质的重离子束流。论文论述了两体碰撞模型，得到了冷却力和冷却时间的解析表达式；并以此为依据，编程模拟了冷却过程对储存环中离子束发射度和动量散度的影响。本论文的重点是通过求解强流电子束自身的空间电荷场，得到了电子束速度的径向梯度分布；获得了电子束在自身空间电荷场和螺线管纵向磁场的作用下产生横向漂移速度和由此引起的电子束横向温度的变化。为了减小强流电子束的空间电荷场，CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。分析了空心电子束的空间电荷场，研究了其对电子束速度和电子束温度的影响，并将结果与实心束的情形进行了详细地比较。与此同时，利用电子束密度的K-V分布，研究了强流电子束在纵向螺线管场中运动的包络方程，采用数值计算方法，得到了CSR电子冷却系统强流电子束在冷却段螺线管中的包络振荡特性。另外，论文还对电子冷却在储存环中的附加影响进行了一些探讨。从Betatron运动方程出发研究了斜四极场和螺线管场存在时束流的幅度的耦合效应，理论上分析了斜四极场存在时束流发射度的变化；通过求解储存环中粒子束的空间电荷场，计算了CSRm中的粒子束空间电荷效应造成的储存环工作点的移动；对于强流电子束空间电荷场对储存环的频移大小也进行了分析；此外，对电子冷却对储存环中束流寿命的影响进行了初步研究。论文最后对CSrm35keV电子冷却系统的机械安装、磁场的测量以及初步的调试结果也给予了介绍。

CSR纵向运动研究

论文对建造中的兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）主环（CsRm）和实验环（CsRe）中束流的纵向运动进行了有针对性的较为详细的研究。首先，作为纵向运动的基础，介绍了加速器物理中纵向运动相关的基础知识，接着推导出同步加速器中束流纵向运动方程，并对纵向运动作了全面的理论分析，在此基础上对CSR内束流的纵向运动进行了计算机模拟研究，得到了高频参数在各过程中变化规律，为高频设备的调试及运行时的参数预置奠定了理论基础。CSRm的主要功能是进行束流的累积加速，从而为实验物理提供高流强、高能量、高品质的重离子束流。由于高频腔频率的范围有限，当HIRFL注入的束流能量较低时，用一次谐波无法对粒子加速。因而针对这一问题，论文对CSRnl内束流的加速过程进行了模拟研究，采用变谐波加速的方式，解决了较低能量下的加速问题。CSRe的主要功能是开展内靶实验和高分辨质量测量。重离子束在CSR工n中加速至中高能引出后剥离成类氢类氦或全裸的重离子注入到CSRe中，此束流具有较高的能量。对于一些特殊的原子物理实验，需要既低能（小于IOMeV／tl）又高离化的重离子束,这就需要在CSSRe中将高离化态的高能重离子束减速到低能，以满足物理实验那要求为因正论文对CSRe内束流的减速过程进行了模拟研究，得到了满足需要的束流。无论对束流加速还是减速都包括连续军的俘获过程，它是影响效率的一个很关键的因素，因而论文还对束流的俘获进行了详细的研究，采用了绝热俘获的方法，提高了加速和减速的效率。论文最后介绍了CSR高频系统、铁氧体及高频腔体测试原理和测试方法，给出了测试结果并进行了分析和讨论。