束流漂移对硅条探测器阵列测量的影响

为研究束流漂移对结构紧凑、覆盖立体角较大的硅条探测器阵列测量的影响,利用蒙特卡罗方法,模拟了不同方向、不同大小的束流漂移对熔合蒸发残余核α衰变和卢瑟福散射角分布的影响,表明束流漂移距离小于3.0 mm时,探测器阵列的对称性能将计数误差控制在10%以下。开展了25 MeV和40 MeV ~6Li+~(209)Bi体系的实验测量,利用监视器数据研究了束流漂移的情况,结果表明,所有轮次的束流漂移均未超过3.0 mm。对束流漂移进行修正后,用3种不同的立体角刻度方法得到了弹性散射角分布,感兴趣的40 MeV数据与文献数据基本一致。     

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)进展

锦屏深地核天体物理实验（JUNA）项目将利用中国锦屏深地实验室（CJPL）的良好条件，在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应²⁵Mg(p，γ)²⁶Al、¹⁹F(p，α)¹⁶O、¹³C(α,n)¹⁶O和¹²C(α,γ)¹⁶O的直接测量。目前已成功完成400 kV强流加速器和ECR离子源的研发，获得了400 keV、10 mA的质子束流和一价氦离子束流及800 keV、2 mA二价氦离子束流。大功率固体靶的研制及实验数据获取系统的建立也已成功完成。超低本底快中子探测器、4π BGO探测器阵列以及大立体角带电粒子探测器阵列已研制组装完成，并测量了地面和锦屏地下实验室的本底水平。总体来说，JUNA项目整体进展顺利，完成了中期设立的目标并通过了基金委评估（A级）和国际评估。     

CARR堆冷中子瞬发伽玛活化分析系统及实验研究

利用中国先进研究堆（CARR）在国内首次开展了冷中子瞬发伽玛活化分析（CNPGAA）实验，采用定制加长的电制冷高纯锗（HPGe）探测器和先进的数字多道谱仪DSPEC®-502进行测量，获得了NH₄Cl样品中元素冷中子瞬发伽玛谱和本底谱等数据，同时利用伽玛放射源¹⁵²Eu、¹³⁷Cs、⁶⁰Co以及NH₄Cl产生的瞬发伽玛射线对探测器在宽能区0.1~8 MeV进行能量刻度。为降低环境辐射本底，HPGe探测器外围采用环形锗酸铋（BGO）康普顿谱仪，10 cm铅以及含⁶Li和¹⁰B材料对中子束流准直屏蔽。此外，利用金片活化法测量了CARR堆运行功率为15 MW时有无冷源情况下冷中子导管B(CNGB)末端1 m处的中子注量率，结果显示有冷源时中子注量率可提高一个量级。     

塑料闪烁光纤阵列探测器的结构设计

具有多层阵列结构的塑料闪烁光纤探测器可实现土壤中⁹⁰Sr含量的直接、快速测量，闪烁光纤阵列结构和信号处理方式是提高⁹⁰Sr含量测量精度和抗γ射线干扰能力的关键参数。本文利用蒙特卡罗方法对探测器建模和计算，优化了探测器的结构。推荐的闪烁光纤阵列探测器为5层结构，第4层为厚度不小于6 mm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）吸收层，其他层为厚度1 mm的双涂层方形塑料闪烁光纤阵列。第1~3层信号符合后输出，可提高探测器对γ射线的甄别能力。     

回旋加速器制备89Zr及其纯化和标记研究

为了获得高质量⁸⁹Zr核素用于核医学显像,利用HM-20S型回旋加速器辐照⁸⁹Y靶制备⁸⁹Zr,对核反应激发函数进行了计算,设计了靶系统并制备靶片通过回旋加速器辐照制备⁸⁹Zr,对靶片放化分离方法和⁸⁹Zr标记工艺进行了研究。结果表明,回旋加速器制备⁸⁹Zr最佳束流能量为9～13.5 MeV,其中在13.5 MeV能量处获得最大反应截面。回旋加速器束流引出为14 MeV,经真空膜和靶膜衰减后剩余能量约为12.86 MeV,束流在⁸⁹Y靶中呈高斯分布,射程约为0.821 mm。⁸⁹Y靶片经15μA束流辐照1.50～3.33 h,得到轰击结束时⁸⁹Zr活度为22.20～85.45 mCi,产额约为36.51～63.30 MBq/(μA·h)。采用UTEVA树脂从辐照后的靶片中分离⁸⁹Zr,⁸⁹Zr回收率为86.27%,Y(Ⅲ)去除率为99.80%。     

100 MeV质子回旋加速器的束流均匀性诊断

正束流均匀性是辐射生物学效应研究中的重要参数。使用中国原子能科学研究院100 MeV回旋加速器引出的1 Gy剂量的质子,分别照射了EBT3剂量胶片和热释光CTLD-100(LiF:Mg,Ti)探测器阵列,对辐射效应研究实验终端的束流的照射野均匀性进行了诊断。图1为获得的剂量胶片照射野照片以及分析得到的胶片灰度分布二维图,结果表明,在48mm×48 mm范围内,100 MeV质子的均匀性为96.3%。表1列出了分布在53mm×53mm面积上的热释光探测器阵列中各位置热释光片的相对测量值,结果表明,在48mm×48mm范围内,照     

大面积闪烁光纤阵列探测器的在束测试

利用70AMeV²⁶Mg初级束流及其产生的次级束流，在兰州重离子加速器放射性次级束流线（RIBLL）终端测试了大面积闪烁光纤阵列探测器(LASFA)探测单元的时间分辨和位置分辨能力。利用70AMeV²⁶Mg初级束流测试得到的时间分辨约为128ps，对应的位置分辨约为10mm；利用次级束流测试得到的时间分辨约为158ps，对应的位置分辨约为13mm，具有很好的时间分辨和空间角分辨能力。结合RIBLL的ΔESi探测器，给出了ΔE_Si-TOF二维谱，并将测试结果与RIBLL的粒子鉴别系统进行详细比较。结果表明，大面积闪烁光纤阵列作为轻带电粒子的飞行时间终止探测器，性能优于RIBLL上采用的时间拾取探测器，可更清楚地鉴别次级束流。     

小单元多丝漂移室探测器系统研制

为精确测量CSR外靶终端靶前入射粒子的径迹,研制了多套小单元多丝漂移室探测器,该探测器灵敏面积为80 mm×80 mm,每套探测器包括x、x′、y、y′4个探测电极面,每个电极面引出16个阳极丝信号。前端电子学采用基于SFE16芯片的放大器,数据读出系统采用基于HPTDC芯片的数据采集卡。采用两套小单元多丝漂移室对400 MeV/u的¹⁶O束流位置进行了测试,探测器的工作气体为Ar(80%)+CO₂(20%),阳极丝电压为+900 V,场丝与阴极丝均接地,拟合得到的单层电极的位置分辨(拟合残差)为105.9μm,探测效率为99.3%,该指标可以满足现阶段CSR外靶终端大部分核物理实验对反应靶点的定位要求。     

低本底高分辨测量技术在16N衰变的出射α粒子测量中的应用

¹⁶N的β延迟α衰变能谱在E_c.m.≈1.2 MeV处有一低能峰,该α峰的形状和高度可用于约束¹²C(α,γ)¹⁶O反应截面的E1部分,对其进行测量具有重要意义。本工作尝试采用重离子注入法对其进行测量,在兰州重离子加速器国家实验室RIBLL1放射性束流线上产生了¹⁶N放射性束流并将其注入到双面硅微条探测器(DSSD)中,利用DSSD对其β延迟α能谱进行了测量。通过选用薄的DSSD探测器、DSSD正反面能量符合关系以及DSSD点火数约束等方法,显著减小了¹⁶N衰变产生的电子对α能谱测量的干扰,将α能谱的测量阈值降低到800 keV左右,成功观测到了E_c.m.≈1.2 MeV处的低能峰。该方法为间接研究¹²C(α,γ)¹⁶O反应率开辟了一条新的实验方法。     

ADS核数据实验测量装置建设及首次测试实验

介绍了基于我国大科学实验装置兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的加速器驱动的次临界系统(ADS)相关核数据实验测量装置建设及首次测试实验。该实验装置探测系统主要包括束流拾取探测器、轻带电粒子谱仪、γ探测器阵列及中子飞行时间谱仪。为了对该实验装置各探测器及相配套的电子学与数据获取系统进行整体性能测试,利用400MeV/u 16 O轰击Pb靶,对出射的中子、γ射线及轻带电粒子等产物的能谱、产额及角分布等物理量进行测量,在国内首次实现了加速器驱动的几MeV至几百MeV宽能量范围的白光中子能谱测量。实验结果表明,该实验装置运行正常,实验方案可靠、正确。     

55MeV/u 40Ar17+离子在生物等效材料中产生的核碎片

利用HIRFL（兰州重离子研究装置）产生的55MeV/u的^40Ar^17 离子束，在辐照生物学实验终端，测量了其经过1.5mm厚有机玻璃后三个不同角度的碎片分布情况，探索了应用CsI(Tl) 快塑料闪烁探测器组成的Phoswich探测器研究重离子在生物材料中产生的核碎片角分布测量的可行性，结果表明这种实验方法是可行的，实验结果令人鼓舞，本工作为进一步的实验积累了可靠的经验。     

用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于¹⁰B(n, α)⁷Li和⁶Li(n, t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF₄、P10、90%Ar-10%CO₂三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF4作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF₄时,电离室对²³⁹Pu/²⁴¹Am/²⁴⁴Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。     

High energy X-ray computed tomography for industrial applications

A high energy X-ray computed tomography (CT) system with an electron linear accelerator was developed to image cross-sections of large-scale and high-density materials. An electron linear accelerator is used as the X-ray source. The maximum X-ray energy is 12 MeV, and the average energy is around 4 MeV. The intensity of the X-ray fan beam passing through the test object is measured by a 15-channel detector array. CWO (CdWO₄) scintillators and photodiodes are used as the X-ray detectors. The crosstalk noise due to scattering of X-ray photons by adjacent detectors is reduced to less than 1.6% by installing tungsten shields between the scintillators. Extra channels are used to compensate for base line shift of the circuits. These techniques allowed attainment of a dynamic range of more than 85 dB and a noise level comparable to the signal amplitude of X-rays transmitted in a 420-mm thick iron block. A spatial resolution of 0.8 mm was confirmed with an iron test piece 200 mm in diameter     

An ISPA camera for beta radiography

We have developed a new type of beta camera based on an imaging silicon pixel array (ISPA) tube combined with planar plastic scintillators or with SiY₂O₅:Ce scintillating powder. The ISPA tube consists of a photocathode viewed at 3 cm distance by a silicon anode divided into 1024 rectangular (75 μm×500 μm) detector pixels, each bump-bonded to its equally sized electronic pixel. Depending on the beta detector thickness we achieved spatial resolutions (FWHM) between 105-μm (⁶³Ni source and 30-μm-thick plastic scintillator) and 240-μm (⁹⁰Sr-⁹⁰Y source and 120-μm-thick plastic scintillator) by covering the detectors with brass templates. With their four 60-μm-wide slits oriented parallel to the long pixel edges, we simulated small-sized beta strips. The impact of detector thickness is explained by multiple scattering, angular aperture of the template slits, and scintillating light distribution at the ISPA photocathode. Beta detection sensitivities were measured with calibrated ³H (tritium)- and ¹⁴C-Amersham microscale sources. They amount to 0.1 Bq (³H) with 150 min counting time and to 0.025 Bq ( ¹⁴C) with 180 min counting time     

A detector setup for the measurement of angular distribution of heavy-ion elastic scattering with low energy on RIBLL

A detector setup for the measurement of angular distribution of heavy-ion elastic scattering at energies around Coulomb barrier on the radioactive ion beam line in Lanzhou at the heavy-ion research facility in Lanzhou is designed.The beam profile and the scattering angles on the target are deduced by two parallel plate avalanche counters,and four sets of detector telescopes (including doublesided silicon strip detectors) are placed systematically with the beam line,incorporating with Monte Carlo simulations.The data of 16O on 89y target were analyzed to compare with the simulation results.It is found that the simulated distribution is agreeable with the experimental data.By assuming the pure Rutherford scattering at small scattering angles,the angular distribution of elastic scattering of 16O + 89y at low energies can be reasonably obtained.It indicates that this set of detector setup can be used for the measurement of angular distributions of heavy-ion elastic scattering at energies around Coulomb barrier.     

Low energy radioactive beams by inversion kinematics

Kinematically focussed radioactive beams of energies lower than 10 MeV/nucleon were produced by means of inversion kinematic in heavy ion induced reactions on ¹H. The characteristics of the produced radioactive beam were examined with the view of performing scattering and reaction experiments. On the basis of these results, a new beamline was constructed to collect and focus the radioactive beams. Using this beamline the elastically scattered spectra of ¹⁵O obtained from the ¹H(¹⁵N, ¹⁵O) reaction were observed with an energy resolution better than 0.6 MeV.     

Determination of sulphur and copper depth distribution in patina layers using nuclear reaction techniques

A method for Cu and S profiling in patina layers was developed by applying a combination of nuclear reaction analysis (NRA) and Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The copper profiling was performed by using the 1327 keV γ-ray deexciting the third excited state to the ground state of ⁶³Cu produced by the reaction ⁶³Cu(p,p^′γ)⁶³Cu. For the determination of sulphur the 2230 keV γ-ray was used deexciting the first excited state to the ground state of ³²S formed through the reaction ³²S(p,p^′γ)³²S, which exhibits three sharp resonances at projectile energies 3.094, 3.195 and 3.379 MeV. The relevant cross-sections were measured in the energy range between 3.0 and 3.7 MeV in steps of 20 keV at 125° to the incident proton beam direction. The technique was tested using artificially produced and natural copper patina layers. Supporting information on the depth distribution of the constituent elements of the patina samples was obtained by p-RBS (E_p: 1.5 MeV, θ: 160°).     

北京大学4.5 MV静电加速器核反应分析系统

为满足对聚变堆面向等离子体材料中氘氚滞留问题的研究，北京大学4.5 MV静电加速器在原束线基础上新增核反应分析系统，该系统使用能量0.8～3.6 MeV的H⁺、D⁺、³He⁺和⁴He⁺粒子束流，可对核反应微分截面和样品中元素浓度的深度分布进行测量分析。本文对核反应分析原理、核反应分析系统的设备布局和实验方法进行了讨论，并以D(³He,p)⁴He核反应为例，分析了微分截面计算和样品中氘元素浓度深度分布的数据结果，其深度分辨小于1.5 μm，实验误差约为7.5%。     

基于康普顿成像系统的碳离子治疗剂量监测研究

为实现碳离子治疗的精准放疗,精确监测患者体内的三维剂量分布,本文设计一种双层康普顿成像系统和简单反投影算法,利用Geant4仿真软件优化探测系统的结构,评估探测系统的探测效率、成像性能,分析200 MeV/μ的碳离子束轰击有机玻璃（PMMA）靶的三维剂量分布。此外,还使用四对像素1.5 mm×1.5 mm×10.0 mm、12×12阵列型的硅酸钇镥（LYSO）晶体对直径约为3 mm的²²Na点源进行康普顿成像实验,并对影响三维剂量监测精度因素进行分析。结果表明,对于0.847 MeV的γ点源,重建图像在横截面上半高宽（FWHM）增加至2.38 mm、冠状面上扩展至7.02 mm。康普顿成像系统通过探测碳离子束轰击PMMA靶产生的4.439 MeV瞬发γ射线,重建的三维剂量分布与真实三维剂量分布偏差为9.3%。利用LYSO康普顿成像系统样机的²²Na点源成像实验,得到半高宽为4.05 mm的重建图像,验证了康普顿成像方法的实用性。     

22Na次级束的产生与应用

在日本东京大学核研究中心的放射性离子束分离器上,利用逆运动学反应¹H(²²Ne,²²Na)n产生了²²Na次级束。经分离器电磁系统的分离提纯后,获得了能量为（78.3±1.0） MeV的²²Na次级束。实验靶站处次级束的强度达2.5×10⁵ s^-1,其中²²Na的纯度好于90%。²²Na次级束已应用于与核天体物理Ne丰度异常问题相关的²²Na+α共振散射实验研究。