PDF《兰州重离子研究装置实验终端介绍》

1 兰州重离子研究装置实验终端介绍 中国科学院近代物理研究所 兰州重离子研究装置(HIRFL) ,亦称兰州重离子加速器,是我 国规模最大、可以把氢到铀的全离子加速到高能的重离子研究装置.

它由 ECR 离子源、1.7 米扇聚焦回旋加速器(SFC) 、大型分离扇回 旋加速器(SSC) 、新建的冷却储存环(CSR)主环和实验环、放射 性束流线、实验终端等主要设施组成,用以开展重离子物理及其交叉 学科研究. 中国科学院近代物理研究所作为HIRFL的依托单位, 负责HIRFL 的正常运行和维护任务.1991 年8月,兰州重离子加速器国家实验 室成立并向国内外用户开放.目前,HIRFL 每年开机运行

7000 多小 时, 实验供束时间

4000 多小时, 可完成用户实验 150多项. 已在 HIRFL 上建成并投入运行的实验终端共有

20 个,终端名称及负责人等信息 见下表.用户在提交束流申请书前,请认真了解终端可开展实验的研 究方向,以便合理地提出实验申请. HIRFL 实验终端信息表 序号 终端名称 简称 负责人 邮箱

1 高能微束装置 TR0 杜广华 [email protected]

2 原子物理实验终端 TR1 张少锋 [email protected]

3 充气反冲核谱仪 TR2 甘再国 [email protected]

4 高温-应力材料辐照效应实验终端 TR3 王志光 [email protected]

5 浅层治疗及生物辐照终端 TR4 李文建 [email protected]

6 单粒子效应实验终端 TR5 刘杰[email protected]

7 核孔膜辐照终端 TR6 莫丹[email protected]

8 在束 γ 实验装置 TL1 柳敏良 [email protected]

9 中能辐照终端 SFC-T1 张崇宏 [email protected]

10 放射性束流线

1 号线 RIBLL1 王建松 [email protected]

11 放射性束流线

2 号线外靶终端 CSRm-ET3 孙志宇 [email protected]

12 CSRe 原子质量谱仪 CSRe-AMS 张玉虎 [email protected]

13 CSRe 内靶 X 射线装置 CSRe-IT 于得洋 [email protected]

14 核数据实验终端 CSRm-ET2 陈志强 [email protected]

15 深层治疗及高能生物医学辐照终端 CSRm-ET1 李强[email protected]

16 CSRm 双电子复合实验装置 CSRm-DR 马新文 [email protected]

17 CSRe 双电子复合实验装置 CSRe-DR 马新文 [email protected]

18 介质环境材料辐照协同效应实验终端 SFC-T2 王志光 [email protected]

19 核化学实验终端 SFC-T3 秦芝[email protected]

20 CSRe 通用实验终端 CSRe 冒立军 [email protected]

2 1.高能微束装置 高能微束装置(TR0)是将 HIRFL 提供的几 MeV/u 至80MeV/u 的束流聚焦到微米量级,用于对样品进行准确定位和精确剂量(精确 至离子个数)的辐照和分析装置.装置采用两台

45 度的垂直偏转磁 铁辅以四极透镜,将重离子束流导向地下室,再用高梯度三组合四极 透镜强聚焦形成微米尺寸束斑,束流沿垂直方向辐照样品.该装置可 使用束流能量范围宽、粒子种类多,具备大气辐照分析和在线显微定 位平台. TR0 可以开展单离子辐照、 单粒子效应分析、 辐照效应材料分析、 活细胞在线成像、活体动物和材料的微区辐照、信息安全攻击等多学 科交叉实验研究.它是目前世界上能量最高的微束装置. 2.原子物理实验终端 原子物理实验终端(TR1)主要利用反应显微成像谱仪进行中高 能区原子分子碰撞动力学实验.反应显微成像谱仪利用电子探测器、 反冲探测器以及散射探测器的三重甚至四重符合测量, 对每次发生的 离子与原子分子碰撞的运动学信息进行完全的测量. 根据测量到的运 动信息来推断碰撞的动力学性质, 进而可以在原子物理的层面对量子 力学各种模型以及基本假设进行最精确的验证.例如,可以对离子原 子碰撞中的俘获、电离、激发以及它们共同参与的复杂反应过程的全 微分截面进行测量;

甚至可以对局域实在性、相干性等涉及量子力学 基本哲学原理的问题进行验证. 3.充气反冲核谱仪 充气反冲核谱仪(TR2)由一台二极偏转磁铁和三台四极聚焦磁 铁组成,以氦气作为工作气体,拥有转动靶装置、束流调制装置、焦 平面气体探测器、位置灵敏型硅探测阵列、全数字化电子学数据获取 系统等实验装置. TR2 主要用于重离子熔合蒸发反应产物的分离、 鉴别和测量等研

3 究工作.基于重带电离子可以在稀薄气体中形成平衡电荷态的特点, TR2 能够利用高强度二极磁场, 将薄靶中反冲出的熔合蒸发产物在飞 行中进行快速分离, 使其注入位于谱仪焦平面位置的低本底探测系统 中,并对产物的衰变性质等特征进行测量. TR2 可开展的研究工作主要有重核和超重核素的合成研究、 重离 子熔合蒸发反应研究、 奇异核素的衰变谱学研究以及重核素的放射化 学研究等. 4.高温-应力材料辐照效应实验终端 高温-应力材料辐照效应实验终端(简称 TR3)基于扇聚焦回旋 加速器(SFC)和分离扇回旋加速器(SSC)而建成,可进行变温、 应力加载等模拟多种工况的材料辐照效应研究. TR3 可提供束流参数如下: ?离子种类:p-U ?能量范围:9.5~100 MeV/u ?能量发散度:≤1*10-3 ?连续束流强:0.1~3.5 eμA ?配有 X、Y 方向束流电磁扫描系统 TR3 参数如下: ?真空度:≥1*10-5 Pa ?X-Y 方向的电磁扫描频率:0~100 Hz ?辐照温度:室温~1200℃,温度稳定性为:±

2 ℃ ?拉/压应力加载系统:最大载荷

1200 N,加载精度为

1 N ?配备室温旋转多样品台 ?辐照区域:40*

40 mm2 5.浅层治疗及生物辐照终端 浅层治疗及生物辐照终端(TR4)由照射装置、样品辐照转动系 统、剂量监测系统、控制系统、被动降能系统、辐射防护在线监测系

4 统等多个部分组成,可以使用不同离子种类、不同能量、不同传能线 密度、不同剂量率的重离子开展诱变育种及重离子治癌基础研究.终 端采用半自动化平台运行,具有照射精准、换样效率高等特点,不但 可以开展重离子治疗人体浅层肿瘤临床试验研究, 也可以满足各类生 物样品(包括植物种子、组织、枝条;

哺乳动物细胞、小型动物;

微 生物悬浮细胞、孢子等)的辐照处理需求. 6.单粒子效应实验终端 单粒子效应实验终端(TR5)主要用于宇航器件单粒子效应检测 试验.TR5 建成后完成了多项型号任务、核高基项目的单粒子效应检 测试验,与国内五十多家单位建立了合作关系. TR5 具有真空和大气环境下的单粒子效应检测能力, 真空辐照试 验采用真空预抽副靶室和从大气到真空的小样品快速更换设计, 节省 了样品的更换时间,大大提高了束流的利用率.TR5 具有束流扫描装 置,最大扫描面积为 60?60 mm2 ;

具有大气和真空环境四维定位台、 探测器直线驱动装置,可变狭缝控制等功能,能够远程进行样品的定 位、探测器控制、数据获取及束斑的调节;

能够进行注量、能量、均 匀度的测量. 7.核孔膜辐照终端 核孔膜辐照终端(TR6)专门用于核孔膜的辐照生产.TR6 主要包 括真空系统、扫描磁铁、扫描电源、膜传动装置、束流探测器和自动 控制六个部分.TR6 能在大气条件一次下辐照

6 层薄膜,最大走料速 度为每分钟

2 米. 自动控制系统能根据束流强度大小, 调整走料速度, 从而实现核孔膜的均匀辐照.目前该终端完成了多次生产任务,提供 医疗输注膜和防伪膜几十万平米, 该终端辐照的核孔膜产品孔径均匀, 锥度很小且孔形规整,产品性能达到医用过滤、食品饮料、锂离子电 池等精密过滤膜的要求. 整个系统设计指标和生产能力均达到国际先 进水平.

5 8.在束 γ 实验装置 原子核辐射几乎都伴随有 衰变过程.因此,大型 阵列是当今 核物理研究的基本探测装置,为世界各大实验室所必备.中国科学院 近代物理研究所在 十二五 期间初步搭建起

32 个单元的大型 阵列 测量平台,包括

16 台高纯锗、8 台Clover 和8台LaBr3 探测器,拥 有亚洲最高的探测效率,并实现谱学和寿命测量同时进行,完全可支 撑当今核谱学前沿研究.另外,我们还为大型 阵列研制了自动的冷 却系统和高速、大容量的电子学与获取系统.此阵列现置于 TL2 终端,可结合实验在束谱学实验;

也可与 RIBLL1 和充气谱仪结合研究 放射性核素和超重核. 9.中能辐照终端 中能辐照终端是扇聚焦回旋加速器(SFC)束运线上的一个实验 终端,简称 SFC-T1. SFC-T1 主要功能:①离子能量梯度衰减:将SFC 提供的单一动 能的离子进行梯度减能, 从而实现沿样品深度方向离位损伤和注入原 子的准均匀分布.②样品的制冷/加热控制:具有液氮制冷样品台、 高温样品台(室温-600oC 范围连续可调) ,实现对样品温度的有效控 制.具有升降机构,可每次装

5 块样品依次辐照.③散射束低剂量辐 照:实现小于

1011 ions/cm2 的宽广剂量范围的辐照. SFC-T1 可开展实验研究内容:①核能装置候选材料在强辐射环 境的损伤行为研究;

②光电子材料辐照效应的研究. 10.放射性束流线

1 号线 放射性束流线

1 号线(RIBLL1)全长 35m,由产生、分离、鉴 别和聚焦系统组成. 它的设计集中了国际上已有

4 条中能重离子放射 性束流线的优点,首次采用双段反对称双消色差传输结构,提高了对 放射性束的分辨能力,质量分辨(A/ΔA)大于 200,动量接收度为 10%,最大磁刚度 4.2Tm.可提供上千种短寿命放射性核束.

6 RIBLL1 已为国内外用户提供了多种短寿命放射性核束,开展了 一系列放射性核束物理研究,取得了一批重要成果,比如证实了一批 具有质子晕、中子晕结构的奇异核素,首次研究了

12 Be 的分子态结 构,18 N,21 Nβ 延发谱学,28 P,29 S 的双质子放射机制,40 Ar 的弹核碎 裂机制,8 B 弹性散射等. 11.放射性束流线

2 号线外靶终端 放射性束物理是当前核科学最具活力的前沿研究领域之一, 而放 射性束流线

2 号线外靶终端(CSRm-ET3)正是促进这一研究的强有 力工具.终端拥有包括大接收度偏转磁铁和中子阵列探测器、CsI 阵列Gamma 探测器、带电粒子径迹(MWDC)及飞行时间阵列探测器 等大型探测设备及配套的先进电子学和获取系统, 可以同时实现对带 电粒子、中子和 gamma 等的高精度探测.利用 CSRm 提供的中高能 重离子束流或 RIBLL2 产生的次级束流, 在终端可以实现核反应产物 的完全动力学测量, 从而开展以短寿命核素性质及反应机制和核物质 性质为主的实验研究工作,促进相关领域的研究发展. 12.CSRe 原子质量谱仪 CSRe 原子质量谱仪(CSRe-AMS)于2007 年建成,它包括

3 套 高精度的飞行时间探测器系统、2 台采样率分别为 80G........