单次分子镀法制备部分La系及~(238)U靶的实验研究

采用单次分子镀方法研究了异丙醇-硝酸体系中电流密度、分子镀持续时间及两极间距离对镀层性能和电沉积效率的影响,确定了制备La,Sm,Eu,Gd,Tb靶及238U靶的最佳工艺条件。因制备的靶不同,电流密度一般介于2—8mA/cm2之间,两极间最优距离为3cm,分子镀1h,用分光光度法测定各靶的沉积效率均高于85%。利用扫描电子显微镜(SEM)对部分靶的表面形貌分析后发现靶面结构均匀致密。目前制得的Gd靶和Tb靶已用于中国科学院近代物理研究所加速器SFC低能核化学终端上,利用19F束流轰击,分别产生了Ta和W的短寿命同位素,从而成功完成了Db(Z=105)及Sg(Z=106)的模型试验。

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。

40Ca+102Pd 实验分析

本工作中设计加工了一套适合强流的实验靶室，在该靶室中考虑了对窗及靶的冷却，从而可以将其用于较强的束流研究中；同时还设计加工了一套简单的带传输系统，在该系统中改变了收带及放带的结构，减轻了系统的负载从而可以使系统的转动时间大为减少，同时提高了该系统的传输准确性，从而使得该带系统能用于半衰期更短的核素研究中；利用兰州重离子加速器国家实验室的SFC加速器产生的重离子束流40Ca轰击缺中子同位素102Pd靶，通过融合蒸发反应对稀土区A＝136附近的核素进行了研究，通过氦喷嘴系统将产物传输到低本底区域，然后用新设计的带传输系统对反应产物进行收集，然后通过X-γ、γ-γ以及p-γ符合测量方法对产物进行了分析。实验中通过p-γ符合测量方法观测了滴线附近β缓发质子发射核135,137,138，139Gd；通过γ-γ符合测量等方法观测到了136,137,138,139Eu等核素的衰变。实验中采用加降能片的方法，对束流的能量进行了改变，尝试进行激发函数研究；通过激发函数的研究以期对更远离稳定线的核素的产生截面进行理论与实验基础上的预言

超铀核的研究

本文详细调研了超铀核研究的发展过程，总结了超铀区核素产生方法、传输方法以及分离方法。结合我国的实际，利用中国科学院高能物理研究所的质子直线加速器的质子束，轰击稀有放射性靶，通过(p，4n)反应道合成和研究了超铀区新核素~(235)Am，巧妙地利用X射线对核素进行了指定，得到了它的半衰期及合成截面，实验中没有观测到伴随~(235)Am的β~+(EC)衰变的γ跃迁，该方法发表后即被日本的实验小组采用；同时利用中国科学院近代物理研究所的SFC加速器提供的~(20)Ne束流轰击~(233)U靶，测量反应产物的α衰变，第一次观测到~(250)102的α衰变，由此得到了~(250)102的半衰期，它不同于~(250)102已知的半衰期；在实验中还观测到一个能量为17.6MeV的衰变。实验采用氦喷嘴传输技术对反应产物进行传输，并根据产物的不同衰变采用了不同的测量方法，对~(235)Am由于其半衰期长，采用了化学分离的分离方法并测量X、γ及其符合测量，而对~(250)102等采用直接测量其α衰变，利用衰变关系进行鉴别的方法。通过对实验的总结分析了利用现有条件研究更重核素的可能。

缺中子核素133Sm、133Pr和93Pd的衰变

本硕士沦文籍助兰州重离子加速器国家实验室分离扇聚焦回旋加速器（SFC）提供的重离子束通过全融合蒸发反应产生远离口稳定线的缺中子核素，并用本课题组发展和建立的氦喷嘴快速带传输系统以及多重符合测量装置分离、测量核素来研究其衰变性质。在实验准备期间，曾采用~(252)Cf源进行了氦喷嘴（I－I eje咧央速带传输系统效率的测定。给出了PbI_2，PbCl_2，NaCl三种无机欲添加剂的传输效率，以及传输效率随目标核质量变化的初步结果。而后完成了以下两项物理实验：~(113)Sm的（EC＋β~+）衰变纲图和133Pr的同核异能态的研究：用SFC引出的~(40)Ca~(12+)束流轰击96%Ru的浓缩同位素靶，采用氦喷嘴带传输系统和x-γ与γ-γ符合测量方法，首次建议了~(133)Sm的简单的（EC＋β~+）衰变纲图并测得了其β衰变半衰期。~(133)Sm是目前发表过（EC＋β~+）衰变纲图的最轻的钐（Sm的缺中子核。由于Ru靶中含有~(98-102)Ru的成分，同时产生了~(133)Pr，并首次测定了~(133)Pr 11／2~－同核异能态的寿命为（l.1±0.2）s。为Pr奇A核11／2~-同核异能态的数据作了重要的补充，汇编成Pr奇A核的11／2一同核异能态和与之相关的3／2~＋，5／2~+和7／2~+能级的系统性数据。用单粒子模型理论拟合从中提取了~(131,133,135,137)Pr的11／2~-同核异能态的约化跃迁概率的实验值，并与Weisskopf近似估计进行了比较。2.~(93)Pd的β缓发质子衰变：通过~(58)Ni（~(40)Ca，3n2p）反应合成β缓发质了先驱核~(93)Pd，采用氦喷嘴带传输系统加p-γ符合观测到了它的β缓发质子衰李，测得其半衰期为1.3±0.2s。采用统计模型计算拟合了实验测得的口缓发质子能谱和布居到质子发射体子核不同终态的分支比，首次由实验数据出发初步指认了93Pd的基态自旋-宇称为9／2~±。同时与采用Woods-Saxon Strutinsky方法计算~(93)Pd的核位能面得到的结果进行了比较。计算结果支持对~(93)Pd基态自旋一宇称为9／2~+的实验指认。

HIRFL双丝束流剖面监测器的研制

兰州重离子加速器（HIRFL）是一个等时性回旋加速系统，它包括一台能量常数K=69的扇聚焦回旋加速器(SFC)和一台K=450的分离扇回旋加速器(SSC)。加速器的束流诊断对加速器的运行而言是必不可少的，为加速器的调束提供直接的依据，在束流参数调整、运行状态监测和优化束流品质方面发挥着重要作用。 本论文主要描述了双丝束流剖面监测器的研制，对其各组成部分、设计和测试都做了详细的介绍。双丝束流剖面监测器使用钨丝作为探针，当带电粒子打到钨丝上，与钨丝中的电子作用使之激发并发射，即产生二次电子。通过把这一过程中形成的电流转化为电压量进行数据采集，便可以得到在钨丝移动方向上的一维束流强度分布。其中，钨丝的移动由运动控制系统来实现。双丝束流剖面监测器只使用了两根钨丝，在测量过程中对束流分布产生的破坏很小，因而属于非拦截式的束流诊断元件。 双丝束流剖面监测器已经在HIRFL前束运线上进行了测试，它能够在较短时间内测量出束流的剖面，结果较好，达到了预期的要求。 由于双丝束流剖面监测器的非拦截性，而且具有使用灵活、测量准确等优点，它必将成为束流诊断中的一个有力的工具

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

40Ca+102Pd 实验分析

本工作中设计加工了一套适合强流的实验靶室，在该靶室中考虑了对窗及靶的冷却，从而可以将其用于较强的束流研究中；同时还设计加工了一套简单的带传输系统，在该系统中改变了收带及放带的结构，减轻了系统的负载从而可以使系统的转动时间大为减少，同时提高了该系统的传输准确性，从而使得该带系统能用于半衰期更短的核素研究中；利用兰州重离子加速器国家实验室的SFC加速器产生的重离子束流40Ca轰击缺中子同位素102Pd靶，通过融合蒸发反应对稀土区A＝136附近的核素进行了研究，通过氦喷嘴系统将产物传输到低本底区域，然后用新设计的带传输系统对反应产物进行收集，然后通过X-γ、γ-γ以及p-γ符合测量方法对产物进行了分析。实验中通过p-γ符合测量方法观测了滴线附近β缓发质子发射核135,137,138，139Gd；通过γ-γ符合测量等方法观测到了136,137,138,139Eu等核素的衰变。实验中采用加降能片的方法，对束流的能量进行了改变，尝试进行激发函数研究；通过激发函数的研究以期对更远离稳定线的核素的产生截面进行理论与实验基础上的预言

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。

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。

HIRFL电源改造的研究

本文结合HIRFL电源系统的改造，介绍了极高稳定度大功率晶闸管-调整管混合调节的直流稳流电源和晶闸管整流的大功率高稳定度直流电源的设计方法。前言叙述HIRFL加速器系统及其对电源的要求、现状、存在的问题以及改造的有关问题。第一章以MI2注入电源为例介绍了电源结构、主变压器的选择与设计、晶闸管的选择、电源保护方案的设计，本章最后一节从理论角度分析了设计高稳定度电源的几个关键环节。第二章介绍了各种触发电路理论，比较其各自的优缺点。第三章描述了晶闸管同步与异步混合触发技术的设计方法。第四章以MI2电源为例介绍了调节器设计。第五章从理论角度分析了12相整流谐波产生的原因及其衰减的方法。第六章介绍了纹波环的设计、无源滤波、有源滤波、整流变压器原边滤波，并应用于2B01电源的设计中。第七章综合了前述各章的理论分析，将它们应用电源改造的实践，介绍了MI1电源、MI2电源、ME4电源、ME5电源、SFC主电源、及2B01电源等的研产、性能、测量以及它们的各项技术指标。第八章介绍了HIRFL-CSR脉冲二极磁铁电源预研设计方案及其初步研制结果。

SSC注入束流的性质研究

HIRFL是一个组合式回旋加速器系统。束流经SFC预加速后注入SSC进行第二次加速，SFC和SSC必须满足严格的匹配关系。多年的运行表明，束流从SSC注入系统到进入正常加速轨道这一段，影响的因素比较多，束流损失很大。为了提高SSC注入效率，以满足放射性次级束流线（RIBLL）及兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL－CSR）对束流的更高要求，论文对影响SSC注入系统的部分相关因素进行了研究，以便提供对HIRFL的运行调束和升级改造有参考价值的结果。主要工作可分为三部分；（1）理论等时场下SSC注入量的接收范围。通过数值模拟计算了三种典型离子的注入轨道，考虑了高频电压幅度的影响，得到了SSC在理论等时场下的能量可接收范围，并给出了注入系统的参数。（2）剩余拢动场对SSC注入系统的影响。计算了存在剩余拢动场时SSC注入轨道的变化，找出了目前高频电压加速较轻的重离子时束流损失较大的原因，给出了相关参数。（3）注入条件的变化对束流轨道的影响。注入条件的变化会引起束流轨道的进动，论文对存在剩余拢动场时利用不流轨道进动提高注入和引出效率进行了初步研究。

SFC200KW高频发射机控制系统改造

本文全面论述了一个基于PROFIBUS现场的总线分布式控制系统的设计、开发、调试过程，详细介绍了控制系统的结构和软硬件设计。论文从SFC200KW高频发射机控制需求出发，阐明了控制系统的开发背景、基本结构的建立、硬件接口电路的设计方案、控制算法的设计思想以及上下位机控制程序的实现。论文分四大部分，首先介绍SFC200KW高频发射机控制系统的现状，阐明进行SFC200KW高频发射机控制系统改造的必要性和采用现场总线分布式控制系统的优势。第二部分介绍控制系统改造的相关技术。第三部分结合PROF工BUS和FCS控制系统理论详细介绍了新SFC200KW高频发射机控制系统的结构，包括主控器PLC实时控制、系统抗干扰特性、电平转换接口等。第四部分结合SFC200KW高频发射机控制算法，下位机PLC编程语言，介绍了控制系统软件的设计和开发。上位机监控程序采用W工NCC组态软件完成友好的人机交互界面开发。通过对该控制系统的改造，满足了工程对控制部分可靠性、实时性和稳定性的需求。实现了对SFC200KW高频发射机远程控制，运行参数实时采集，故障实时保护和报警记录，运行参数归档和打印等功能。达到了改造的目的。

GAPRICE引出系统的改进

CAPRICE 10GH_z是一个小型的有两个ECR级的电子回旋共振多电荷重离子源，它将作为注入器1.7M SFC的外注入源，而传统的PIG源将不再被使用。本文首先叙述了ECR源的历史、发展和原理。然后，对从等离子体源中离子的引出进行了比较详细的讨论，并且对于CAPRICE源提出了改进意见和设计方案，改进后的引出系统由一个加减速电极结构组成，等离子体电极和加速电极的半径分别是3mm和8mm。一个特殊的磁驱动轴被用来远距离控制等离子体电极和加速电极之间的距离，这个距离从30mm到51mm变化。这套系统已经被安装在CAPRICE实验工作台上，并且进行了调试。本文还介绍了CAPRICE实验工作台上的90°双聚焦分析磁铁的物理设计和它的主要特点。最后，给出了在我们实验室中CAPRICE对于N、O、Ne、Ar、Xe的一些有益的实验结果