利用HIRFL-CSR开展分子离子复合离解研究的可行性分析；Feasibility Analysis of Studying Dissociative Recombination Processes of Molecular Ions at HIRFL-CSR

介绍了储存环高精度分子谱学研究的科学意义、国内外研究现状和利用HIRFL-CSR开展该项研究的优势,着重论证了HIRFL-CSR分子离子注入实验环的总体设计方案和技术方案。通过在HIRFL-CSR实验环上增建一条分子离子注入线,将实验环改造成能兼顾现有物理实验和大分子物理研究的综合性研究平台,为分子离子复合离解研究提供良好的技术支撑。特别是质量数大于70的分子离子,能显著提高其能量分辨。

The stripper design and test at HIRFL-CSR

Charge stripping is employed to produce multi-charged ions for injecting the cooling storage ring After penetrating through the carbon foil, the widened distribution of ion charge states poses a limit to the ion injection Therefore, the carbon foil plays a key role in the charge snipping injection In this paper, foul strippers for Heavy Ion Research Facility at Lanzhou (HIRFL) and Cooling Sun age Ring (CSR) are introduced The charge state distribution of the stripped ions is measured and the stripping efficiency of the foils is investigated The experimental results are consistent with the theoretical values

Progress in HIRFL-CSR

The HIRFL complex, the commissioning of HIRFL-CSR, and the nuclear physics experiments at HIRFL-CSR are briefly introduced.

HIRFL-CSR二极磁铁电源的研制；Development of Power Supply for HIRFL-CSR Dipole Magnet

研制了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)二极磁铁电源,提出了一种基于晶闸管相控整流技术和IGBT脉宽调制(PWM)变换技术的同步加速器二极磁铁电源的设计方案,分析、仿真了其工作原理,并设计、生产了1套完整的电源样机。经现场试验、长期运行及测试,电流稳定度<±5×10-5/8h,跟踪精度<±2×10-4,电流纹波<1×10-5。该方案满足HIRFL-CSR二极磁铁对电源技术指标的要求。

HIRFL-CSR电子冷却束流位置测量系统；A Beam Position Monitor System for Electron Cooler in HIRFL-CSR

高效率的电子冷却过程,要求电子束与离子束位置平行且重叠。为了同时测量电子束与离子束的位置,在HIRFL-CSR电子冷却装置上研发了以容性圆筒形极板为感应电极的束流位置探测系统。系统测量束流通过探针时产生的脉冲感应信号,并进行傅里叶变换得到频谱信号,分析4个不同电极上频谱信号强度获取束流的位置信息。测量结果表明,该束流位置探测系统测量准确,为定量研究储存环离子累积和电子冷却过程与两种束流相对位置及角度的依赖关系提供了条件。

HIRFL-CSR电源数字控制系统硬件平台设计

论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)磁铁电源控制系统的数字控制系统硬件平台设计。该系统基于1mmBGA封装的ALTER corporation的cycloneⅢFPGA芯片,嵌入运行数字调节器软件算法,满足了针对具体被控对象参数要求的调节控制。用ARM(Advanced RISC Machines)作调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理;同时嵌入千兆光纤接口,实现外接DSP板处理数据的直接传输,提高了系统的实时性。该硬件平台实现了HIRFL-CSR电源系统的稳定、可靠和实时控制。

Design studies on the 4 pi gamma-ray calorimeter for the ETF experiment at HIRFL-CSR

A high detection efficiency calorimeter which is used to detect gamma-rays with energies from 1 MeV up to 10 MeV as well as light charged particles has been proposed. Design of the geometry, results of the crystal tests and Monte Carlo simulations are presented in this paper. The simulation results confirm that the calorimeter can obtain high detection efficiency and good energy resolution with the current designed geometry. And the calorimeter is competent for the future External Target Facility (ETIF) experiments.

An untuned MA-loaded cavity for HIRFL-CSR

In order to realize high energy density physics and plasma physics research at HIRFL-CSR, a magnetic alloy (MA)-loaded cavity has been studied. According to the theoretical calculation and simulation for the MA-loaded cavity, we achieved a better result. The MA-loaded cavity had a higher mu Q f value, with a higher shunt impedance and a higher accelerating gradient. The accelerating gradient was about 95 kV/m at 1.8003 MHz, 130 kV/m at 0.9000 MHz. Compared with the ferrite-loaded cavities that are used at HIRFL-CSR, with about 10 kV/m accelerating gradient, the MA-loaded cavity obviously has an advantage. The results of the theoretical calculation and the simulation, which meet the design requirements are in good agreement.

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.

HIRFL-CSR Kicker电源控制器的设计

在HIRFL-CSR（兰州重离子冷却储存环）电源控制系统中，Kicker电源需要控制器提供高压充电电压基准电压信号和触发信号,采集基准电压信号，将电源充电电压与期望值进行比较，如果有偏差，则进行修正，使实际值与期望值一致。为Kicker电源设计的电源控制器采用DSP作为处理器，采用串行DAC为电源提供基准电压波形，基准电压信号回读用并行ADC来完成。论文首先简要介绍了Kicker电源系统，根据控制器的设计要求，选用TI公司的TMS320VC5402芯片，给出了控制器的总体设计。其次，具体介绍了TMS320VC5402的结构、外围设备，给出了电路设 计原理图，以及与存储器连接电路图，并分别介绍了硬件系统各个部分的电路设计以及FPGA部分设计。再次，介绍了DSP编程环境CCS，给出了FLASH擦写过程以及二次下载原理，并详细论述了基准电压信号发送的编写，并对回读的基准电压信号进行了滤波处理。最后，对电源控制器的设计进行了总结。论文完成了Kicker磁铁电源控制器的硬件设计和底层软件设计，为以后在该硬件平台上下一步工作打下了坚实的基础

HIRFL-CSR束流位置监测系统的前端电子学研究

国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)已经建成，在CSR调试过程中各系统均要保证加速器稳定运行，而束流诊断系统的稳定可靠运行对顺利完成调试任务具有重要意义。系统可测得束流的能量、强度、位置、相位、剖面和发射度等参数。对这些参数的准确测量是实现CSR稳定运行和各部分之间匹配的必要手段。而束流参数一般都是通过采集可由计算机处理的电信号，并经过合理的分析得到的。因此对前端电子学系统的研究必不可少。本论文将围绕HIRFL-CSR束流诊断系统的子系统——束流位置监测系统的前端电子学设计来展开。由于我所冷却储存环的束流强度弱（最低100nA），现场的噪声和干扰较大，束流监测系统探测单元的输出信号很容易被噪声淹没，所以设计一个合适的前端电子学电路十分必要，而且需要采用一些特殊的微弱信号检测方法。通过对微弱信号检测方法的研究和学习，我们先后采用了两种处理方法，对淹没于噪声中的微弱信号幅值进行检测。第一种方法是基于宽带放大和峰值保持电路来完成对信号峰值的检测；第二种方法是基于外差式技术与锁定放大方法来实现信号峰值的检测。本论文对这两种处理方法和所涉及到的电子学电路原理进行了详细的阐述。论文的主要内容如下：第一章主要针对课题的研究背景来展开。简单介绍了HIRFL-CSR工程，及其束流诊断系统，最后结合束流诊断系统的子系统—束流位置检测系统的前端电子学电路，提出了微弱信号检测方法。第二章介绍了微弱信号检测技术，重点分析了噪声的种类和抑制噪声的处理方法。第三章对我们在束流位置检测系统的前端电子学电路中，采用的第一种处理方法—基于宽带方式的处理方法，作了详细的介绍。主要包括下面几个单元电路： 高阻输入形式和低阻输入形式的低噪声宽带放大器、高速窄脉冲信号峰值保持电路，慢前沿信号峰值保持电路。第四章对我们在束流位置检测系统的前端电子学电路中，采用的第二种处理方法—基于窄带方式的处理方法，作了详细的介绍。重点分析了外差式锁定放大电路中的频率合成器、频谱搬移电路和低通滤波电路。第五章围绕巴特沃思型滤波器的设计展开。主要介绍了低通、高通和带通三种滤波器的理论计算，并作了相应的功能仿真。第六章针对我们涉及到的所有电路的PCB设计，作了相关的分析和总结。第七章对外差式锁定放大电路的实验室参数测试方法、步骤和偏差分析作了详细的介绍。第八章对总结回顾了几年来科研学习所取得的阶段性成果，并对今后的工作方向做了一个简单的计划

HIRFL-CSR高压静电偏转板放电机理的研究

高压静电偏转板是HIRFL-CSR各级加速器注入引出系统的关键器件，对HIRFL-CSR的运行效率起着重要的作用。本文首先对HIRFL-CSR的几块静电偏转板做了一个简单的介绍，然后通过阅读有关资料，在得到一系列可靠数据的基础上，对静电偏转板的放电机理和优化措施进行了归纳和探讨。 本文重点对SFC引出偏转板的高压放电机理和优化进行了深入的研究。利用CST软件进行的电磁场计算表明：在电场和磁场的共同作用下，盖板损伤的发生部位与实际运行中的打火痕迹完全符合。依据相关理论和计算分析，得到了SFC引出偏转板的放电机理。该放电机理可以很合理的解释各实验现象，并将为SFC引出偏转板的改进提供明确的理论依据。 借鉴前人的经验，本文对SFC引出偏转板的改进进行了研究，这包括电场的优化、偏转板各部分的材料选择和表面处理以及盖板结构的改进。依据相关研究和计算分析，这些改进方案的实施可有效地提高SFC引出偏转板的耐压性能

电容式束流位置探测器在HIRFL-CSR电子冷却实验中的应用

高效率的电子冷却过程，要求电子束与离子束相互平行，要求电子束与离子束同轴。为了同时测量电子束与离子束的相对位置和夹角，考虑了容式、感式、条带型束流位置探针特点以及电子冷却段实际情况，在HIRFL-CSR电子冷却装置上建立了以容性圆筒形极板为感应电极、NI公司PXI-5105高精度数字化仪为数据采集设备、PET公司P/N AM-4A-000110-11030N型宽带放大器为信号处理电路的束流位置测量系统。通过测量束流通过探针时在极板上产生的脉冲信号，对其进行傅立叶变换得到频谱信号，分析四个不同电极上的频谱信号强度获取束流的位置信息。同时，为了调整电子束与离子束的相对位置和夹角，建立了一套以ADLINK公司的PCI-9113和PCI-6216数据卡为主，针对电子冷却装置中各螺线管电源、静电偏转板电源、校正线圈电源的控制系统，完成了校正线圈、静电偏转板以及螺线管对电子束位置的偏移、扫描，实现了电子束的位置、角度调整。 通过使用位置测量系统、电子束位置调整系统获得了校正线圈、螺线管、静电偏转板对电子束的位置偏移能力以及电子束的流强、电流密度分布、径向尺寸、绝热展开因子对束流位置的影响。在冷却累积过程中进行了改变电子束与离子束相对位置、夹角的实验，观察到了冷却力和离子束流强随相对位置、夹角的变化趋势，进而优化相对位置和夹角，实现高冷却效率。 根据实验数据分析了位置测量系统的系统误差来源和精度，提出了今后提高束流位置测量系统、调整系统稳定性、精确性而需要进行的工作；在此基础上使用测量系统、调整系统进行了电子束、离子束相对位置和角度对冷却效果的影响等电子冷却相关实验工作

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

HIRFL及CSR中的应用软件设计

加速器技术的发展对计算机软件提出了越来越多的要求，而现代计算机技术的迅猛发展，如网络技术、面向对象编程技术等，以为设计更加完美的计算机软件提供了强有力的工具。本论文以兰州重离子加速器和冷却储存环设计为依托，在综合加速器物理、束流诊断、束流调试经验、数据图形化的设计技术、控制技术等的基础上，开发了几项新的软件，用以在加速器的运行和调束过程中对束流诊断元件的测量结果进行综合分析和对加速器进行较为复杂的控制，以期提高加速器的束流品质、运行效率和磁场测试效率等，同时在某些方面的软件开发技术上填补了我所在这方面的空白。论文中还介绍了加速器应用软件设计相关的理论，包括应用软件特点、发展，面向对象编程技术、网络技术，加速器控制技术发展等；详细地介绍了三个方面的具体设计工作，包括SFC及SSC束流强度测量的软件设计、SFC和SSC等时场优化的软件设计、CSR磁场测量的计算机控制系统设计。这些软件都已用到HIRFL的运行和CSR的研制中，并起到了很好的作用。