Institutional Repository of Institute of Modern Physics, CAS
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Digital Adjuster based on Embedded Linux
No full text数字调节器这种控制策略广泛应用于兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）电源控制系统及其他工业控制场合，它采用高速微处理器芯片和现场可编程门阵列，对电源的各项性能参数进行精确运算，以控制电源工作总过程。本论文的重点，是数字调节器上基于ARM9处理器和嵌入式Linux操作系统的嵌入式相关技术。论文深入剖析了AT91RM9200处理器和嵌入式Linux的体系结构，给出了引导装入程序Bootloader和Linux内核的启动分析以及移植到硬件平台的整个过程。实现了常见的嵌入式文件系统的移植，以及操作系统外部设备的FPGA驱动。最后通过图形用户接口的应用实现了数字调节器的基本功能数字调节器这种控制策略广泛应用于兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）电源控制系统及其他工业控制场合，它采用高速微处理器芯片和现场可编程门阵列，对电源的各项性能参数进行精确运算，以控制电源工作总过程。本论文的重点，是数字调节器上基于ARM9处理器和嵌入式Linux操作系统的嵌入式相关技术。论文深入剖析了AT91RM9200处理器和嵌入式Linux的体系结构，给出了引导装入程序Bootloader和Linux内核的启动分析以及移植到硬件平台的整个过程。实现了常见的嵌入式文件系统的移植，以及操作系统外部设备的FPGA驱动。最后通过图形用户接口的应用实现了数字调节器的基本功
Study of Bremsstrahlung Spectra and EUV Radiation Emitted from ECR Plasma
No full text本论文对电子回旋共振（ECR）等离子体发出的轫致辐射谱和极紫外光做了系统的实验研究，并对ECR等离子体的工作机制及新的应用前景进行了探索。 在ECR等离子体中，热电子对于离子的形成、约束以及整个等离子体的能量平衡具有重要意义，而由电子发出的轫致辐射谱则包含了电子的能量、密度等信息，因此，测量等离子体发出的轫致辐射谱作为一种非侵入式的诊断方式，成为等离子体诊断的有力手段。为了研究ECR等离子体中热电子这个重要组成部分，我们对三台高电荷态ECR离子源的轫致辐射谱进行了系统测量，并通过对实验谱的拟合得到一个代表等热电子平均能量的参量——光谱温度Tspe。通过测量不同工作参数下（例如微波频率、功率，约束磁场，掺气，负偏压等）等离子体的轫致辐射谱，深入研究了ECR离子源的这些工作参数对热电子能量及密度的影响，并对ECR等离子体中与电子加热及等离子体约束相关的一些物理问题进行了探索性的研究和讨论，在此基础上，对一些已在ECR离子源界得到广泛应用但其物理机制尚不十分清晰的经验性规律及技巧（如Scaling laws，掺气效应，负偏压效应等），做出了新的解释。其中的创新点有：通过对ECR等离子体轫致辐射谱的测量，首次从电子加热的角度诠释了在ECR源领域得到普遍认可的有关约束磁场的Scaling laws；首次实验观察到在磁场分量Blast≈Bext时，离子源的约束和引出之间的关系达到最佳，而当Bext小于Blast较多时，等离子体的约束将遭到较严重的破坏；实验观察到热电子能量随共振区磁场梯度的减弱而提高，并分别从单粒子轨道模型和电磁波在等离子体中的传播两个角度对这一现象进行了分析；基于实验现象，从抑制等离子体不稳定性的角度出发对掺气效应做出了新的解释。 由于在未来光刻及显微成像等领域的广泛应用前景，极紫外（EUV）和软X射线光源目前是国际上的研究热点，而ECR等离子体作为一种高离化态的等离子体，为EUV和软X射线光源的发展提供了一条新思路。为了研究ECR等离子体作为EUV光源的可行性，我们对其发出的波长在13.5nm附近的窄带宽EUV光功率进行了初步测量，在超导ECR离子源——SECRAL上，测量到了超过2W的窄带宽EUV光功率（2π sr），这是目前国际上利用ECR等离子体产生并测量到的EUV光功率中的最好结果，这一结果证明了ECR等离子体作为EUV光源的潜力，但在发射强度、转化效率等方面还需做出很大的改进，本论文给出了相应的研究发展思路本论文对电子回旋共振（ECR）等离子体发出的轫致辐射谱和极紫外光做了系统的实验研究，并对ECR等离子体的工作机制及新的应用前景进行了探索。 在ECR等离子体中，热电子对于离子的形成、约束以及整个等离子体的能量平衡具有重要意义，而由电子发出的轫致辐射谱则包含了电子的能量、密度等信息，因此，测量等离子体发出的轫致辐射谱作为一种非侵入式的诊断方式，成为等离子体诊断的有力手段。为了研究ECR等离子体中热电子这个重要组成部分，我们对三台高电荷态ECR离子源的轫致辐射谱进行了系统测量，并通过对实验谱的拟合得到一个代表等热电子平均能量的参量——光谱温度Tspe。通过测量不同工作参数下（例如微波频率、功率，约束磁场，掺气，负偏压等）等离子体的轫致辐射谱，深入研究了ECR离子源的这些工作参数对热电子能量及密度的影响，并对ECR等离子体中与电子加热及等离子体约束相关的一些物理问题进行了探索性的研究和讨论，在此基础上，对一些已在ECR离子源界得到广泛应用但其物理机制尚不十分清晰的经验性规律及技巧（如Scaling laws，掺气效应，负偏压效应等），做出了新的解释。其中的创新点有：通过对ECR等离子体轫致辐射谱的测量，首次从电子加热的角度诠释了在ECR源领域得到普遍认可的有关约束磁场的Scaling laws；首次实验观察到在磁场分量Blast≈Bext时，离子源的约束和引出之间的关系达到最佳，而当Bext小于Blast较多时，等离子体的约束将遭到较严重的破坏；实验观察到热电子能量随共振区磁场梯度的减弱而提高，并分别从单粒子轨道模型和电磁波在等离子体中的传播两个角度对这一现象进行了分析；基于实验现象，从抑制等离子体不稳定性的角度出发对掺气效应做出了新的解释。 由于在未来光刻及显微成像等领域的广泛应用前景，极紫外（EUV）和软X射线光源目前是国际上的研究热点，而ECR等离子体作为一种高离化态的等离子体，为EUV和软X射线光源的发展提供了一条新思路。为了研究ECR等离子体作为EUV光源的可行性，我们对其发出的波长在13.5nm附近的窄带宽EUV光功率进行了初步测量，在超导ECR离子源——SECRAL上，测量到了超过2W的窄带宽EUV光功率（2π sr），这是目前国际上利用ECR等离子体产生并测量到的EUV光功率中的最好结果，这一结果证明了ECR等离子体作为EUV光源的潜力，但在发射强度、转化效率等方面还需做出很大的改进，本论文给出了相应的研究发展思
Radio-Resistance Induced by Nitrice Oxide to Heavy Ion Irradiation in Glioma cells and Design of Energy Degrader for Animal Experiments
No full text目的：１、研究一氧化氮(NO)介导的神经胶质瘤细胞对重离子辐射抗性；２、研究小鼠大脑受重离子辐照后的损伤修复；３、为了更好的研究小鼠大脑受重离子布拉格（Bragg）峰区辐照后的损伤修复，设计并制造了旋转轮状降能装置。材料与方法：１、采用兰州重离子研究装置（HIRFL）加速的碳离子束辐照人类神经胶质瘤三种基因型细胞株：野生型神经胶质瘤细胞（A172），带绿色荧光蛋白基因的神经胶质瘤细胞（EA172）和带诱导型一氧化氮合酶基因（iNOS）的神经胶质瘤细胞（iA172），以及一种加了一氧化氮合酶抑制剂（L-NAME）的A172细胞（L-NAME-A172）。分别利用化学法、流式细胞术和MTT法检测三种神经胶质瘤细胞中NO、谷胱甘肽（GSH）的含量，以及它们的细胞周期变化和辐照后存活状况。２、利用不同剂量的碳离子束辐照昆明小鼠全脑，采用八臂迷宫检测随时间推移及训练次数的增加小鼠记忆损伤恢复情况。３、采用蒙特卡罗法和模拟退火法设计制造了一个有机玻璃材料的旋转降能装置。结果：1、NO和GSH在iA172细胞中的含量比A172和EA172中显著要高；辐照后24小时，观察到A172和EA172细胞发生周期阻滞即细胞阻滞于G2／M期，而这种现象没有在iA172细胞中观察到，并且iA172在接受同样辐射刺激后，细胞存活率显著高于其它三个细胞株。2、动物实验表明，在0－2Gy的碳离子辐照在短期内影响小鼠的记忆，经过一定时间后，这种影响得到恢复。3、物理实验显示，降能装置的实验数据与理论计算相符。结论：在低剂量的重离子坪区辐射条件下，一定浓度的NO可以使神经胶质瘤细胞产生辐射抗性。低剂量的重离子辐射致脑损伤可以得到很快的修
stress analysis of SUPER-FRS/CR superferric magnet
No full text中国签订了为德国FAIR国际大科学工程加工SUPER-FRS/CR超导二极磁铁样机的合作备忘录。该超导二极磁铁属于常温铁芯、低温线圈的超导磁铁，该磁铁的磁场强度0.15～1.6T，偏转角度15°，偏转半径8125mm，磁场精度要求±1×10-4，磁铁总重量约50吨。磁铁铁芯采用0.5mm的硅钢片叠压成型，由中科院近代物理研究（IMP）所计算、设计制造，线圈采用4.2K液氦浸泡式超导线圈，由合肥等离子体所设计制造（IPP）。 超导磁体的力学性能分析一直是超导磁体的基础问题。本文利用有限元分析方法，借助有限分析工具ANSYS、ADINA、OPERA等，分析了超导磁体的电磁场，着重模拟计算了SUPER-FRS/CR超导二极磁铁的电磁力作用；模拟了降温过程，计算了杜瓦、线圈热应力的作用；并对SUPER-FRS/CR超导线圈进行地震载荷作用的模拟。对以上不同的受力作用所遵循的不同的机械设计准则，进行不同的分析，最后计算结果证明设计的结构是安全、可靠的。由于超导线圈的结构复杂，导致在线圈拐角的地方应力有些集中，但是并不影响结构的可靠性。 本文还介绍了超导实验线圈的一些工艺设计，例如超导线圈的绕制，低温材料的选择，电流引线的设计工艺，以及VPI工艺。并对实验磁体进行了一系列的低温性能测试，例如短样测试、降温实验等，获得了一些重要的低温实验参数。这些参数将为以后超导磁体的研制提供宝贵的依
Fabricaion and characterisation of nanowires based on ion-track templates
No full text本文从纳米材料概念及特性分析入手，介绍了当前纳米线制备方法及其应用，重点对基于重离子径迹模板法的纳米线制备与性能研究进行阐述，本文具体研究内容包括以下几个方面：利用电化学沉积法在重离子径迹模板中制备出直径从30到500 nm、包括单晶和多晶结构的银纳米线阵列，实验结果表明所制备的银单晶纳米线沿(111)面择优取向生长；直径为100 nm的银纳米线在温度低于50 K时，电阻急骤减小。不同直径金纳米线利用电化学沉积法在重离子径迹模板中成功制备，利用XRD测得所制备金纳米线沿(200)面择优取向生长。对金纳米线阵列紫外吸收光谱研究表明，吸收光谱峰位随直径的增加向长波方向移动，同时半高宽增加。当入射光与金纳米线有一定夹角时，其吸收峰随着夹角的增加向短波方向移动。另外，金纳米线在空气中的氧化现象通过其紫外吸收光谱被间接观察到。利用电化学共沉积技术在重离子径迹模板中成功制备出InSb半导体纳米线，通过实验证明，InSb半导体纳米线共沉积电位位于-1.3-1.4 V之间。通过对Cu/Co多层纳米线研究发现，所制备出的Cu/Co多层纳米线具有好的柔韧性，不容易在层间发生断裂本文从纳米材料概念及特性分析入手，介绍了当前纳米线制备方法及其应用，重点对基于重离子径迹模板法的纳米线制备与性能研究进行阐述，本文具体研究内容包括以下几个方面：利用电化学沉积法在重离子径迹模板中制备出直径从30到500 nm、包括单晶和多晶结构的银纳米线阵列，实验结果表明所制备的银单晶纳米线沿(111)面择优取向生长；直径为100 nm的银纳米线在温度低于50 K时，电阻急骤减小。不同直径金纳米线利用电化学沉积法在重离子径迹模板中成功制备，利用XRD测得所制备金纳米线沿(200)面择优取向生长。对金纳米线阵列紫外吸收光谱研究表明，吸收光谱峰位随直径的增加向长波方向移动，同时半高宽增加。当入射光与金纳米线有一定夹角时，其吸收峰随着夹角的增加向短波方向移动。另外，金纳米线在空气中的氧化现象通过其紫外吸收光谱被间接观察到。利用电化学共沉积技术在重离子径迹模板中成功制备出InSb半导体纳米线，通过实验证明，InSb半导体纳米线共沉积电位位于-1.3-1.4 V之间。通过对Cu/Co多层纳米线研究发现，所制备出的Cu/Co多层纳米线具有好的柔韧性，不容易在层间发生断
The Synchronous Electric Sampler HDL Design of Digital High Frequency Analytical System in CSR
No full text本文主要阐述了CSR数字高频分析系统的同步采样器的研究、设计和实现，该分析系统是基于软件无线电技术构建的。 本文的创新点主要在于提出了一种很好的正交同步欠采样方法，这种基于软件无线电原理的I、Q两路正交同步的采样方法，主要利用了平方律部件、一阶环路滤波器和NCO来对I、Q两路采样触发脉冲上升沿的时间差进行闭环控制，从而实现对高频信号的数据采集和处理。这种方法降低了对AD芯片采样速率要求，同时也为后续的基带信号处理提供了方便。 在整个同步采样系统的实现过程中我采用了功能强大的Matlab7.0作为通信算法的仿真平台，选用了AD6645、StratixIIEP2S60和DSP6416作为主要的硬件平台，并在SynaptiCAD和ModelSim中做出了FPGA的HDL程序设计及波形实现本文主要阐述了CSR数字高频分析系统的同步采样器的研究、设计和实现，该分析系统是基于软件无线电技术构建的。 本文的创新点主要在于提出了一种很好的正交同步欠采样方法，这种基于软件无线电原理的I、Q两路正交同步的采样方法，主要利用了平方律部件、一阶环路滤波器和NCO来对I、Q两路采样触发脉冲上升沿的时间差进行闭环控制，从而实现对高频信号的数据采集和处理。这种方法降低了对AD芯片采样速率要求，同时也为后续的基带信号处理提供了方便。 在整个同步采样系统的实现过程中我采用了功能强大的Matlab7.0作为通信算法的仿真平台，选用了AD6645、StratixIIEP2S60和DSP6416作为主要的硬件平台，并在SynaptiCAD和ModelSim中做出了FPGA的HDL程序设计及波形实
Development of the RFQ cooler and buncher RFQ1L
No full textSHANS (Spectrometer of Heavy Atoms and Nuclear Structure，重原子和核结构研究谱议)正在建设中，它不但可以直接鉴别离子的电荷数Z和质量数A，而且还将在核结构和核衰变的精细研究方面发挥重要作用。RFQ冷却聚束器RFQ1L和彭宁离子阱LPT是其中的两个重要组成部分。 RFQ冷却聚束器RFQ1L的主要目的是收集经过充气反冲谱议分离后的反应产物，然后经过冷却、聚束，使原来品质很差的束流转化为能量单一、发射度小、束斑很小的高品质束流。现在已经顺利完成了模拟、设计、机械加工和机械安装等工作，其中机械安装部分是本论文的主要工作之一。经过近半年的时间，我们克服了种种困难，高质量地完成了RFQ1L的机械安装工作。各种测量综合显示：各部件间的位置精度达到了±0.5 mm；真空系统的真空度达到了1.7×10-4 Pa，系统压升率为(0.04±0.02) Pa/h；各电极间的绝缘效果和导电效果良好。彭宁离子阱LPT的主要目的是直接高精度测量原子核的质量。质量是原子核的一个最基本属性，对检验和拓广现有核理论、研究核天体物理中的核反应过程和基本常数具有非常重要的作用。控制系统在LPT中起着至关重要的作用。控制系统的设计和实现也是本论文的另一个主要工作。本论文详细论述了LPT的控制系统LPTCtrlSys的基本要求、硬件和软件布局情况SHANS (Spectrometer of Heavy Atoms and Nuclear Structure，重原子和核结构研究谱议)正在建设中，它不但可以直接鉴别离子的电荷数Z和质量数A，而且还将在核结构和核衰变的精细研究方面发挥重要作用。RFQ冷却聚束器RFQ1L和彭宁离子阱LPT是其中的两个重要组成部分。 RFQ冷却聚束器RFQ1L的主要目的是收集经过充气反冲谱议分离后的反应产物，然后经过冷却、聚束，使原来品质很差的束流转化为能量单一、发射度小、束斑很小的高品质束流。现在已经顺利完成了模拟、设计、机械加工和机械安装等工作，其中机械安装部分是本论文的主要工作之一。经过近半年的时间，我们克服了种种困难，高质量地完成了RFQ1L的机械安装工作。各种测量综合显示：各部件间的位置精度达到了±0.5 mm；真空系统的真空度达到了1.7×10-4 Pa，系统压升率为(0.04±0.02) Pa/h；各电极间的绝缘效果和导电效果良好。彭宁离子阱LPT的主要目的是直接高精度测量原子核的质量。质量是原子核的一个最基本属性，对检验和拓广现有核理论、研究核天体物理中的核反应过程和基本常数具有非常重要的作用。控制系统在LPT中起着至关重要的作用。控制系统的设计和实现也是本论文的另一个主要工作。本论文详细论述了LPT的控制系统LPTCtrlSys的基本要求、硬件和软件布局情
Design of a Dedicated Ion Therapy Synchrotron
No full text放射治疗肿瘤是利用各种放射线所携带的能量及其生物效应治疗肿瘤的一种方法。论文简要介绍了癌症的危害性和目前基本的治疗方法，回顾了国际上放射治疗肿瘤的发展历程和近年来的新动向，说明了国内放射治疗肿瘤工作的现状以及近几年的发展。为了促进国内癌症治疗的进一步发展，研究设计了国内第一台离子治癌专用装置。它由一台注入器（回旋加速器）、一台主加速器 (同步加速器)和若干治疗终端组成，能够把质子束加速到250MeV或者把碳离子束加速到430MeV/u，用于治疗人体内任意深度的肿瘤。 论文的重点是同步加速器的磁聚焦结构、注入和引出系统的设计。 商业化运行的治癌专用离子同步加速器通常采用紧凑性结构，要求操作简单，运行稳定可靠。论文根据治癌专用离子同步加速器的这些要求，研究设计了磁聚焦结构。 由于直线加速器的高流强特性，目前已有的国外离子治癌专用装置，几乎全部使用直线加速器作为同步加速器的注入器，同时采用多圈注入方式。考虑到直线加速器高的投入，借鉴大科学工程CSR束流累积的经验，论文以回旋加速器为注入器，采用剥离注入模式设计了治癌同步加速器的注入系统。另外，还对剥离注入期间离子束发射度、动量分散等参数的变化进行了较为详细的研究。 离子束治癌一般要求小剂量连续照射（1-10s），因此治癌专用离子同步加速器均采用三阶共振引出方式。论文详细阐述了三阶共振引出的基本理论与设计方法，在此基础上设计了离子束引出系统。通过磁聚焦结构、注入及引出设计的整体优化，提出了磁铁好场区和真空室孔径的参数。 最后，论文对慢引出的两种激发方式进行了理论探讨，并对纵向激发元件——磁电感应器（Betatron-core）的电流、阻抗和电压等参数的变化，以及电源纹波对引出束均匀性的影响进行了较为详细的分析计算放射治疗肿瘤是利用各种放射线所携带的能量及其生物效应治疗肿瘤的一种方法。论文简要介绍了癌症的危害性和目前基本的治疗方法，回顾了国际上放射治疗肿瘤的发展历程和近年来的新动向，说明了国内放射治疗肿瘤工作的现状以及近几年的发展。为了促进国内癌症治疗的进一步发展，研究设计了国内第一台离子治癌专用装置。它由一台注入器（回旋加速器）、一台主加速器 (同步加速器)和若干治疗终端组成，能够把质子束加速到250MeV或者把碳离子束加速到430MeV/u，用于治疗人体内任意深度的肿瘤。 论文的重点是同步加速器的磁聚焦结构、注入和引出系统的设计。 商业化运行的治癌专用离子同步加速器通常采用紧凑性结构，要求操作简单，运行稳定可靠。论文根据治癌专用离子同步加速器的这些要求，研究设计了磁聚焦结构。 由于直线加速器的高流强特性，目前已有的国外离子治癌专用装置，几乎全部使用直线加速器作为同步加速器的注入器，同时采用多圈注入方式。考虑到直线加速器高的投入，借鉴大科学工程CSR束流累积的经验，论文以回旋加速器为注入器，采用剥离注入模式设计了治癌同步加速器的注入系统。另外，还对剥离注入期间离子束发射度、动量分散等参数的变化进行了较为详细的研究。 离子束治癌一般要求小剂量连续照射（1-10s），因此治癌专用离子同步加速器均采用三阶共振引出方式。论文详细阐述了三阶共振引出的基本理论与设计方法，在此基础上设计了离子束引出系统。通过磁聚焦结构、注入及引出设计的整体优化，提出了磁铁好场区和真空室孔径的参数。 最后，论文对慢引出的两种激发方式进行了理论探讨，并对纵向激发元件——磁电感应器（Betatron-core）的电流、阻抗和电压等参数的变化，以及电源纹波对引出束均匀性的影响进行了较为详细的分析计
兰州重离子加速器冷却储存环
No full text<span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 13px; line-height: 22px; background-color: rgb(248, 248, 248);">HIRFL-CSR is a new heavy ion cooler-storage-ring synchrotron system in Lanzhou. It consists of a main ring (CSRm) and an experimental ring (CSRe) with multi-usages and multi-functions. The two existing cyclotrons SFC (K = 69) and SSC (K = 450) of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) are used as its injector system. The heavy ion beams from HIRFL with the energy of 7~25 MeV/u will be first injected into CSRm, accompanying with the accumulation, e-cooling and acceleration, and finally extracted slowly with the energy of 500~1 000 MeV/u for many external-target experiments, or extracted fast with the energy of 200~700 MeV/u to produce radioactive ion beams (RIBs) or high Z beams at the primary target of the beam line. The secondary beams will be accepted and stored in CSRe for many internal-target experiments. From 2006 to 2008 all the commissioning activities of HIRFL-CSR were made, including stripping injection, multi-turn injection, cooling accumulation with hollow electron beams, ramping in a wide range of energy with different RF harmonics, isochronous mode commissioning of CSRe, mass measurement of RIBs in CSRe with ToF and slow extraction from CSRm.</span
Design and Accomplishment of High-Frequency Error Analysis System
No full text兰州重离子加速器冷却储存环的控制系统由磁场电源控制系统、真空控制系统、高频控制系统等许多子控制系统所组成。 本文所论述的对象是高频控制系统。本文所研究的主要问题，就是如何在对高频信号合理采样后，从得到的数字信息中提取出信号的有用信息。采用普通的通信接收机结构难以实现对高频信号的分析，因此应用软件无线电接收机原理，针对高频信号的特殊情况，设计实现了一个高频信号信息的分析系统。系统主要使用DSP处理器兰州重离子加速器冷却储存环的控制系统由磁场电源控制系统、真空控制系统、高频控制系统等许多子控制系统所组成。 本文所论述的对象是高频控制系统。本文所研究的主要问题，就是如何在对高频信号合理采样后，从得到的数字信息中提取出信号的有用信息。采用普通的通信接收机结构难以实现对高频信号的分析，因此应用软件无线电接收机原理，针对高频信号的特殊情况，设计实现了一个高频信号信息的分析系统。系统主要使用DSP处理