医用重离子加速器U型碳剥离膜的研制

碳剥离膜作为剥离器的核心组成部件是医用重离子加速器的重要装置之一,研制出满足医用重离子加速器要求的碳剥离膜至关重要。采用交流弧光放电法完成了医用重离子加速器中碳剥离膜的研制,并用扫描电子显微镜和拉曼表征手段测试分析了碳剥离膜的薄膜特性。为了不影响已注入环中离子的正常运行,靶框设计为U型,靶边框较窄仅为2 mm,碳剥离膜的有效面积为1 600 mm~2(40 mm×40 mm)。碳剥离膜的厚度为15μg·cm~(-2),理论计算结果表明该碳剥离膜的厚度均匀性为97.65%。碳剥离膜具有一定的机械韧性,可以完成碳剥离膜的自动换膜过程,且在自动换膜过程中无破裂损伤。扫描电子显微镜观测结果显示:碳剥离膜的表面平整,内部结构致密。拉曼测试结果表明:位于1 580 cm~(-1)附近的G峰明显强于位于1 300 cm~(-1)附近的D峰,说明薄膜的石墨化程度较高;2 700 cm~(-1)左右的2D峰较弱,说明石墨分子层数较多。     

碳剥离膜寿命的研究

碳剥离膜用交流电弧法或者直流电弧法来制备,也可用交直流电弧来做多层膜.对不同制备方法和结构的碳剥离膜寿命进行了测量,所测膜的厚度为19μg/cm2.对影响膜寿命的一些因素进行了讨论,尤其是制备方法和碳膜结构.测量结果表明用直流电弧所做的碳膜寿命比交流电弧所做的长.     

碳剥离膜的厚度对电荷态分布的影响

在SSC加速器的前束流输运线上探索碳剥离膜的厚度对被剥离后束流电荷态分布的影响,是本实验的目的。因为作为SSC的注入器,我们回旋加速器束流的引出能量较高,因此碳剥离膜的平衡厚度要求大大超过一般用在串列静电加速器头部所使用的碳膜厚度,有人曾用公式x(μg/cm~2)=5.9285+22.386w-1.1292w~2来估计碳膜的平衡厚度与能量之间的关系,误差范围为100％。式中,w以MeV/A为单位。为了研究碳剥离膜的厚度对束流电荷分布的影响我们进行了如下实验。     

CYCIAE-100引出束流色散效应的研究

CYCIAE-100是一台紧凑式回旋加速器，加速负氢粒子束，引出方式为双向剥离引出。在回旋加速器内部的加速平衡轨道上，由于磁场的对称性，束流是消色差的。加速的H^-束流经过剥离膜剥离转换成质子后，将沿着引出轨道而被引出。由于磁场的非对称性和边缘场的存在，将会给引出的质子束流引入色散，造成水平的横向发射度增长。     

等时性回旋加速器中环形补偿线圈电流变化对引出束流性能的影响

本文报道了利用多丝束流剖面仪测量从等时性回旋加速器中引出束流的轴向性能,包括束流的中心位置、相对于磁场中心平面的夹角及束流在轴向的发射度。同时也测量了束流引出区环形补偿线圈中的励磁电流变化对引出束流性能的影响。测量结果表明,环形线圈电流变化对束流轴向发射度的影响较大,而对束流中心在轴向几何位置的影响较小。     

加速器氚靶膜厚误差对BIXS方法反演的影响

BIXS(β-ray induced X-ray spectrometry)方法是一种氚β衰变诱发X射线谱的氚无损分析技术,在反演过程中会受到诸多因素的影响,氚靶膜厚误差的影响不可忽略。本文基于蒙特卡罗方法程序PENELOPE模拟和实验验证研究,表明加速器氚靶膜厚误差会对BIXS方法反演有一定的影响,其中对递增分布的影响最大,对递减分布的影响最小;氚在靶膜中的深度分布的斜率越大,膜厚误差对BIXS方法反演的影响也越大。     

类金刚石碳剥离膜的制备及其性能研究

采用磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术制备了质量厚度为5~7μg/cm2的类金刚石碳(DLC)剥离膜。用XP2U型精密电子天平测试分析了100mm范围内的DLC剥离膜均匀性,结果显示其最大不均匀性小于10%。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、万能摩擦磨损试验机和X光电子谱(XPS)测试分析了DLC剥离膜的表面形貌、耐磨损特性和结构,结果显示采用双90°FCVA技术沉积的DLC剥离膜表面光滑致密、耐磨,几乎没有大颗粒的污染,表征金刚石特性的sp3键含量超过70%。在北京HI-13串列加速器上使用107 Ag-、70 Ge-、48 Ti-、28Si-、197 Au-和127I-六种典型质量的离子束对质量厚度为5~7μg/cm2的DLC剥离膜和碳剥离膜寿命进行测试比较,结果显示DLC剥离膜寿命比碳剥离膜的高2.6~10倍。     

螺线管透镜像差导致的束流发射度增长研究

螺线管透镜常作为低能束流的聚焦元件,不可避免地具有像差,导致束流发射度增长,降低束流传输效率。本文通过理论推导和计算机模拟,给出了不同束流包络、不同磁感应强度和不同磁场形状的情况下束流经过实际透镜后的发射度增长。结果表明,发射度增长主要与束流包络和磁感应强度有关。但在一定范围内,优化磁场形状也能起到控制发射度增长的作用。     

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+²⁰⁹Bi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。     

离子辐照缺陷对太赫兹波发射性能的影响

应用半经典的蒙特卡罗方法,模拟计算了处于不同缺陷条件下的砷化镓在超快激光激发下的载流子输运行为及其相应的太赫兹波发射性能。计算结果表明,缺陷的类型和浓度都会对太赫兹波的脉宽和峰高产生显著的影响。分别采用500 keV和1.5 MeV的氮离子在不同剂量下辐照了半绝缘的砷化镓和掺铁磷化铟样品,并将辐照样品制备成太赫兹波发射天线。通过对辐照样品的太赫兹波发射能力进行测量,发现不同辐照条件下制备的太赫兹发射天线其太赫兹波的脉宽基本一致,只有峰高随辐照产生的缺陷浓度增大呈现先增大后减小的变化。结合理论计算和实验测量结果,分析讨论了光电导材料太赫兹波发射的缺陷机制。     

Numerical modeling of focusing of heavy-ion beams on a target in a reactor

Institute of Theoretical and Experimental Physics, Moscow. Translated from Atomnaya Énergiya, Vol. 72, No. 3, pp. 266–272, March, 1992.     

Development of an SCRFQ heavy-ion linac for RI beams

A split coaxial RFQ (SCRFQ) is being developed to accelerate RI beams from 1 to 170 keV/u as part of the Japanese Hadron Project (JHP). Our SCRFQ is equipped with modulated vanes. On the basis of the studies on a cold model and a proton accelerating one, a 25.5 MHz prototype for the JHP SCRFQ has been constructed. The prototype, consisting of three module cavities, is 2.1 m in length and 0.9 m in inner diameter, and accelerates ions with a charge-to-mass ratio (q/A) greater than 1/30 from 1 to 45.4 keV/u. The unloaded Q-value of the cavity is 6400, corresponding to about 84% of the calculated value, and the field imbalance between vanes is within ±0.6%. The designed intervane voltage of 109 kV for ions with q/A = 1/30 is achieved with a 70 kW peak power. By using ions of three species, N₂⁺, N⁺ and Ne⁺, acceleration tests are conducted. The transmission efficiency attained with a N⁺ beam is better than 80% at normalized intervane voltages higher than 1.2.     

Projectile velocity dependences of the 2p and 4p components in fast He+ beams at emergence from a carbon foil

The velocity dependences of the population of 2p and 4p states in fast (0.4–2 MeV) He⁺ ion beams transmitted through a thin carbon foil have been measured. They are found to be quite different to each other. These results are analyzed in the framework of a simple model based on the possibility for a given excited state to be formed inside the solid. The conclusion is that in the studied velocity range the 2p state can exist in carbon whereas the 4p state cannot.     

碳剥离膜结构的研究

碳剥离膜可用交流电弧法或直流电弧法来制备,也可用交直流电弧来做多层膜.不同制备方法的碳剥离膜有不同的寿命,表明不同制备方法的碳膜有着不同的微观结构.本文对不同制备方法的碳剥离膜的微观结构做了SEM/TEM照片测试,分析了碳剥离膜结构对碳剥离膜寿命的影响.     

超环面镜对同步辐射硬X光束空间相干性的影响

首先建立上海同步辐射装置波荡器光源(硬X射线微聚焦光束线站)的面光源高斯-谢尔模型(GSM),其次由高斯-谢尔光源模型与广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出部分相干光束交叉谱密度函数在自由空间的传输规律,进而讨论了同步辐射光束空间相干性在自由空间的传输规律。最后,提出了等效光源假设理论,并用该理论研究了上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U光束线站)超环面镜对同步辐射光束空间相干性的影响。将该理论计算结果与实验结果进行了比较,结果表明理论与实验符合较好,证明等效光源假设理论有效。由于等效光源假设理论只涉及到入射光束与出射光束的发散角,所以可扩展到其他束线光学元件。     

Biological effects of synchrotron radiation on crops

ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｃｒｏｐｓＴａｎｇＺｈａｎｇ－Ｘｉｏｎｇ（唐掌雄）；ＳｈｉＪｉｎ－Ｇｕｏ（施巾帼）；ＨｕＪｉａｎｇ－Ｃｈａｏ（胡江朝）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉ...     

Inactive and mutagenic effects induced by carbon beams of different LET values in a red yeast strain

To evaluate biological action of microorganism exposed to charged particles during the long distance space exploration, induction of inactivation and mutation in a red yeast strain Rhodotorula glutinis AY 91015 by carbon beams of different LET values (14.9–120.0 keV μm^?1) was investigated. It was found that survival curves were exponential, and mutation curves were linear for all LET values. The dependence of inactivation cross section on LET approached saturation near 120.0 keV μm^?1. The mutation cross section saturated when LET was higher than 58.2 keV μm^?1. Meanwhile, the highest RBE_i for inactivation located at 120.0 keV μm^?1 and the highest RBE_m for mutation was at 58.2 keV μm^?1. The experiments imply that the most efficient mutagenic part of the depth dose profile of carbon ion is at the plateau region with intermediate LET value in which energy deposited is high enough to induce mutagenic lesions but too low to induce over kill effect in the yeast cells.