串列加速器-子注入机-射电镜联机系统的建立
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加速器第3章
输电电流 b—带宽<0.6m，v—速度<30m/s，振动、磨损、 风耗∝v3表面电荷密度最大值
通常 原因：带表面附近电场不均匀。 一般采用电晕喷电，可使表面均匀带电。
提高ic措施 1）增加输电带数量（一般不>2） ） 2）加分压棍（金属） ） 使电场沿带匀整， σ→σM 带易与棍相擦， 导致ic不稳。 解决办法： 再加保护棍（绝缘）
1 i ∆V = N − 2 fC
流强 10毫安 毫安
纹波
1 i δV = 2 fC
绝缘磁芯高压电源 端电压0.3～4MV 纹波 大，重量大，但电源利 用率高，价格低 我国已生产0.3MV 30mA, 0.6MV 30~60mA, 1.5MV 10mA绝缘磁芯高压 电子辐照加速器，用 于电线电缆辐照，生 产泡沫塑料，处理污 水废气。
3）复激输电（利用下行边） 复激电源、自偏压 优点：设备少，成本低；缺点：总波动大。
4）用高气压气体作为绝缘介质 提高Eb 提高σM
临界气压现象：如 右图电晕系统，当 气压上升时会出现 临界气压现象。此 时间隙火花放电的 击穿电压会低于电 晕起始电压，当p>pc 时，击穿前不再有 电晕，输电系统无 法工作。
出射 粒子 靶物质 直流电源 北大4.5 北大4.5 MV 单级静电加速器
北大4.5 MV 单级静电加速器 北大4.5
静电加速器
第三节 高压电场与绝缘介质
一、绝缘介质 1.气体 高气压气体的击 穿电压远高于其 它绝缘介质。在 大间隙均匀电场 中各种介质的击 穿电压如右图。
击穿场强与下列因素有关： 1）间隙长度 均匀电场中击穿场强随d↑而下降。一 个大气压下： d=0.5mm，Eb=5MV/m d=10mm，Eb=3MV/m 2）气压 p<10atm，近似线性； p>10atm，上升减慢。
加速器、重离子束及其应用-近代物理研究所
核 物 理 实 验
裂变现象的发 开始超（铀）重 热核物质性质(状态方程)， 现及应用 元素合成 素105—118合成
人工合成放射 新反应机制(深 超形变核(预言核形状的多样性) 性核素 部非弹，大质量 奇异核结构—晕结构， 新的衰变模 转移)高自旋 式
107号同位素264,265,266Bh的合成
宇宙射线的来源： • 银河宇宙射线－数百MeV-GeV高 能质子α粒子少量重离子； • 太阳宇宙射线－数百MeV高能质 子； • 范· 阿伦辐射带－数MeV的质子
辐射对航天器的危害 • 充放电效应 • 总剂量效应 • 单粒子效应－翻转，锁定，烧毁
高能离子
宇航元器件单粒子效应试验基地
近物所已与几十家航天单位、半导 体厂家、相关研究所和高校开展合作研 究；2010年，单粒子效应试验的束流时 间达770小时，占总供束时间1/6，2010 年用户提出了2500多小时的束流申请。
国防重大专项
利用HIRFL装置为我国 新一代卫星关键器件的选 用提供了重要参考依据。
束流需求
LET≥75 MeV·cm2/mg， >1000小时/年
国内只有HIRFL满足
LET<75 MeV· 2/mg， >1000小时/年 cm
航天—宇宙射线对宇航员的危害
造血系统，生殖系统，神经系统； 细胞变异，致癌作用，诱发白内障， 重离子辐照的地面模拟，找出预防措施！ 重离子辐射生物学研究
重离子束的特点
• • • •
高能量的载体—MeV/nGeV/n； 脉冲窄，可调性好—几纳秒几十纳秒； 重复频率高(10Hz)，重复性好—10-4 整体转换效率高—电能离子能量(感应加速）
可以用于惯性约束聚变！
环境和经济性能的考虑
HI-13串列加速器头部电压建模研究与硬件仿真平台设计
HI-13串列加速器头部电压建模研究与硬件仿真平台设计雷洁珩;胡跃明
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2017(051)005
【摘要】为方便对HI-13串列加速器的头部电压进行研究,提出了一针对HI-13串列加速器的头部电压模型,并验证了模型的有效性.建立了一基于嵌入式系统的头部电压硬件仿真平台,该仿真平台能接受与加速器工作时相同的控制输入量,通过内置在系统中的头部电压模型计算了头部电压的实际工作状态,并产生了与实际设备相同的输出量.通过建立头部电压硬件仿真平台,为控制系统的开发提供了研究对象,提高了控制系统开发的效率,为HI-13串列加速器后续的研究提供了基础.
【总页数】4页(P938-941)
【作者】雷洁珩;胡跃明
【作者单位】中国原子能科学研究院核物理研究所,北京 102413;中国原子能科学研究院核物理研究所,北京 102413
【正文语种】中文
【中图分类】TL503.6
【相关文献】
1.基于模糊PID控制算法的HI-13串列加速器头部电压稳压控制模块研究 [J], 雷洁珩;胡跃明
2.HI-13串列加速器升级工程在线同位素分离器高质量分辨谱仪物理设计 [J], 彭
朝华;关遐令;崔保群
3.HI-13串列加速器升级工程144 MHz铜铌溅射超导腔物理设计 [J], 彭朝华;关遐令
4.HI-13串列加速器头部电场改进计算 [J], 李涛;关遐令
5.HI-13串列加速器数据采集软件的设计 [J], 毛国兰;杨晓青;胡跃明
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冉广和他的核能事业
【创新之路】Way of Innovation面对能源供应、安全及环境、气候变化的严峻挑战，清洁、低排放，并可大规模建运的核电重新得到各国政府与机构的高度支持。
中国更是以核能为战略能源支柱，大力推进核电发展。
核电在中国的迅速发展，极大地增加了对系统安全性、技术稳定性、体系经济性、资源利用率和系统可持续性的要求和关注。
用超重元素裂变时释放的中子维持链式反应，使用控制系统保持临界状态运行，将裂变产生的核能通过热能转化为电力，是现代核能应用的主流方式。
紧跟国家的重大战略需求，厦门大学能源学院冉广博士正为心中的“核能事业”打拼着。
浓浓故土情读研期间，冉广就在西安交通大学金属强度国家重点实验室从事材料疲劳寿命评估和新型材料的研发。
硕士毕业，走出象牙塔的他并没有直接读博，用他的话说，“想去看看企业到底需要什么样的技术”。
不到1年时间，他选择回到母校充电,攻读博士学位，继续从事与材料相关的研究。
2006年，通过层层筛选，在极少的名额中，冉广得到了西安交通大学和密西根大学联合培养博士的机会。
密西根大学是美国著名的三大公立学校之一，在那里，他利用先进的仪器设施，在导师的指导下继续深入研究材料性质与性能。
2008年，冉广关注到了中国核能中长期发展规划，发展核电列为了国家层冉广和他的核能事业本刊记者 范国轩冉广，厦门大学能源学院副教授、博士生导师，厦门大学核能研究所所长，福建省核能工程技术研究中心副主任，兼任中国核学会核测试与分析分会理事、全国热处理学会理事。
致力于与核电有关的材料辐照行为研究、新材料研发、材料寿命评估。
西安交通大学与美国密西根大学联合培养博士，密西根大学核工程与放射科学系博士后，密西根大学短期访问学者多次。
近5年，作为项目负责人主持包括国家自然科学基金、福建省自然科学基金、“十二五”国家科技重大专项外协、中央高校专项基金以及企事业单位委托项目等17项，作为主要研究者参与项目6项。
至今已在Journal of NuclearMaterials、Applied Physics Letters等学术期刊上发表论文50余篇。
加速器类型
粒子加速器：particle accelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。
粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。
粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。
粒子能量在100MeV以下的称为低能加速器，能量在0.1～1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器。
按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。
按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式加速器。
它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。
近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。
这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。
（撰写：陈佳滠审订：关遐令）串列加速器：tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速器。
串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。
它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。
当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2个或多个电子，变为正离子。
在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。
图为中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器主体外貌。
（撰写：秦久昌审订：关遐令）高压倍加器：Cockcroft-Walton accelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。
其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。
在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加，可表达为V-2nVa，式中Va为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。
用于双离子束注入器的杂质消除系统
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GIC41172×1.7MV串列加速器高能注入靶室的改进
GIC41172×1.7MV串列加速器高能注入靶室的改进
王广甫;董平
【期刊名称】《北京师范大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2002(38)5
【摘要】通过更换丝杠和更新电机控制系统增大了靶盘纵向扫描范围 ,解决了扫描过程中纵向电机经常停转问题 ,并使靶室可装载 10 cm(4in)片子 ;通过隔离外界干扰电信号。
【总页数】4页(P628-631)
【关键词】高能离子注入靶室;双机械扫描;注量控制;离子束分析;串列加速
器;GIC4117
【作者】王广甫;董平
【作者单位】北京师范大学分析测试中心
【正文语种】中文
【中图分类】TL503.92
【相关文献】
1.GIC4117 2×1.7MV串列加速器的运行、改进和应用 [J], 王广甫
2.北京大学1.7MV串列加速器的维护与改进 [J], 沈定予;王雪梅
3.物理所2×1.7MV串列加速器的运行与使用 [J], 周俊思;徐天冰
4.700KeV高能离子注入机的靶室电源 [J], 居晶慧
5.高温高能特种离子注入机靶室控制系统设计 [J], 蔡先武;钟新华
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串列静电加速器 - 北京大学实验室与设备管理部
串列静电加速器
院系：物理学院
串列静电加速器
离子束辐照损伤：主要包括存储器、寄存器的单离子反转效应，LED、CCD等光电器件的高能离子辐照损伤。
每年均有多名硕士生和博士生以该加速器为科研手段开展各种课题的研究工作，每年可培养硕士生２－３名，博士生１－２
三年内利用该仪器作为主要科研手段发表学术论文（三大检索） 15 篇，其中代表论文：
论文题目期刊名年卷（期）起止页码
Repair rate of DNA double-strand breaks under different doses
-ray irradiation Nucl. Instr.
Meth. B2012276 1-6
钢辐照损伤协同效应的研究核技术2012
35
（7）
503-506
Simultaneous and Sequential Radiation Effects on NPN Transistors Induced by Protons and Electrons TRANSACTIONS
ON NUCLEAR
SCIENCE
201259
（3）
625-633
CC4013 器件辐射损伤研究物理学报2013
62
（5）
58502
110。
粒子加速器的发展史与应用
一台直径为 27 厘米的回旋加速器， 它能将质子加速到 100 万电子伏， 并用它生产了人工放射性同 位素，为此获得了 1939 年的诺贝尔物理奖，这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。 1932 年美国科学家科克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建造了世界上第一台直流加速器—— 科克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器，以能量为 40 万电子伏的质子束轰击锂靶，得到α粒子和氦 的核反应实验。 这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应， 二人因此获得 1951 年的诺贝尔 物理奖。 1933 年美国科学家凡德格拉芙发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——凡德格拉 芙静电加速器。 以上两种粒子加速器均属于直流高压型， 它们能加速粒子的能量受高压击穿有限， 大约为 1000 万电子伏。由于被加速粒子能量、质量之间的制约，回旋加速器一般只能将质子加速 到 2500 万电子伏左右， 如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步增长， 则能将质 子加速到上亿电子伏，成为等时性回旋加速器。带电粒子加速器自 30 年代问世以来，主要是朝更 高能量的方向发展。在这个过程中，任何一种加速器都经过了发生、发展和加速能力或经济效应 收到限制的三个阶段。自回旋加速器后，又相继出现了同步回旋加速器、电子同步加速器、直线 加速器等。 1940 年美国科学家科斯特研制出世界上第一个电子感应加速器， 但由于电子沿曲线运动时其 切线方向不断放射的电磁辐射造成能量的损失，电子感应加速器的能量提高受到限制，极限约为 1 亿电子伏。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量，可以允许更大的辐射损失，极限约为 100 亿电子伏。电子只有作为直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子 加速到 500 亿电子伏，这不是理论的限度，而是造价过高的限制。 为了对原子核的结构作进一步的探索，和产生新的基本粒子，必须研究能建造更高能量的粒 子加速器的原理。1945 年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动 稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。 自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能 量限制的新型加速器产生。自此，加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上 的限制。随着能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提 高能量实际上被限制在 10 亿电子伏以下。 同步加速器的环形磁铁的造价虽然大大减少， 但因横向 聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把 质子加速到 100 亿电子伏以上仍然不现实。 1952 年美国科学家柯隆、李湍斯顿和史耐德发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强 聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能。这是 加速器发展史上的又一次革命，影响巨大。此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原 理。
加速器类型——精选推荐
粒子加速器：particle accelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。
粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。
粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。
粒子能量在100MeV以下的称为低能加速器，能量在0.1～1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器。
按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。
按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式加速器。
它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。
近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。
这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。
（撰写：陈佳滠审订：关遐令）串列加速器：tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速器。
串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。
它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。
当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2个或多个电子，变为正离子。
在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。
图为中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器主体外貌。
（撰写：秦久昌审订：关遐令）高压倍加器：Cockcroft-Walton accelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。
其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。
在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加，可表达为V-2nV a，式中V a为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。
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变反应堆有关材料的辐照损伤以及核陶瓷材料 抗辐照性能评价等方面开展了大量的研究工
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沿课题 ! 如纳 米 结 构 以 及 非 晶 $ 准 晶$ 纳米晶等
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了一些前所 未 知 的 新 现 象 $ 新 知 识%为 深 入 研 究载能离子束作用下材料辐照损伤和远离平衡 态材 料 微 结 构 的 形 成 与 演 化 过 程! 推动离子束 航天 $ 材料表面改性等高科技领 技术在核工程 $ 域的 应 用! 在武汉大学加速器实验室建立了国 内第 " 套 加 速 器 电 镜 联 机 装 置% 本 文 介 绍 该 C 光 路 计 算$ 设 备 改 造$ 隔震措 装置的总体 布 局 $ 施$ 联机调试以及初步的原位观测实验结果 %
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收稿日期 ! 修回日期 ! ) * * + C * B C * =& ) * * + C * + C * # 基金项目 ! 国家自然科学基金重点项目 " # " * ! @ B * # * 作者简介 ! 郭立平 " ! 男! 湖北浠水人 ! 副教授 ! 博士 ! 离子束分析 $ 离子束材料合成与改性专业 " D # =(#
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串列加速器 离子注入机 透射电镜 . . 联机系统的建立
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郭立平 ! 刘传胜 ! 黎 明! 宋 搏! 叶明生 ! 付德君 ! 范湘军
" 武汉大学 物理学院 加速器实验室 ! 湖北 武汉 !! # @ * * + )
摘要 ! 建立了由 )a"’ + E$ 串列加速器 $ ) * *S $ 离子注入机 $ V = * * 型透射 电 子 显 微 镜 和 联 机 传 输 系 统 组成的我国第 " 套串列加速器 离子注入机 透射电子显微镜联机装置 % 对主要设备进行了改造 ! 并采取 C C 有效措施解决了联机装置的隔震问题 %) 台加速器和所有 的 真 空 泵 都 运 行 时 ! 电 镜 仍 可 正 常 工 作! 观察 到的图像质量不受振动影响 % 电镜室内样品倾斜角 最 大 可 达 B 以 上! 离 子 注 入 不 影 响 电 镜 观 测! 可进 ) c 行离子注入的原位和实时结构研究 % 离子注入机输出的 " " BS 3 $ 氮离子在电镜入口测得 的 束 流 强 度 达 显示这套装置具 有 离 子 注 " * *$" = *2 ,% 初步实验已原位观察到氮离子注入导致单晶硅非晶化的过程 ! 入条件下的原位观测能力 % 关键词 ! 原位透射电子显微镜 & 加速器 & 联机装置 & 离子注入 " # 中图分类号 ! ,!!! 文章编号 ! : ? B )!!! 文献标识码 ! " * * * C # D @ " ) * * + * # C * # ! = C * B