分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-27
摘要: 电子束辐照作为一种高级氧化法,利用其产生的具有强氧化性和强还原性的活性自由基对水中有机物进行处理已经受到广泛研究。目前缺乏利用高级氧化法降解链霉素的研究。因此,采用电子束辐照作为一种新的途径,来探究链霉素降解的可行性。实验结果表明,在1MeV电子束能量和10kGy辐照剂量的条件下,5mg/L的链霉素得到了完全降解。通过DFT预测反应位点,并结合质谱数据分析链霉素降解产物的结构,得到了4种电子束辐照下链霉素的降解产物。同时根据不同辐照剂量下降解产物的成分和含量对降解路径进行合理推测。
分类: 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间: 2024-06-14
摘要: 射频电聚焦CH-DTL(radio frequency electric focusing CH-DTL,简称RFC)加速结构将电磁场模式同为TE210的CH-DTL与四翼型RFQ集成于同一腔体内,具有结构紧凑高效、运行稳定方便的优点。RFC既可以用作大型直线加速器中连接注入段与主加速段的中间结构,也适用于医疗和工业领域,具有良好的应用前景。为了提高RFC的射频效率与运行稳定性,并降低该腔体的加工难度,对其射频结构进行优化。按照从加速单元到整腔的顺序,结合运用等效电路法,依次对CH-DTL单元、RFQ单元、过渡单元及整腔进行优化。最终基于优化结果完成了162.5 MHz RFC功率腔的设计,腔体的有效加速梯度达到1.6 MV/m,有效分路阻抗为46 MΩ/m,并且具备良好的工艺可行性与冷却性能。本研究工作将有力推动RFC加速结构的发展,同时也可为相似类型的射频腔体设计提供一定的参考。
分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-05-28
摘要: 离子束放射治疗(放疗)越来越广泛地被运用于肿瘤治疗,目前使用传统X射线计算机断层扫描(CT)来制定离子放疗治疗计划时存在相对阻止本领(RSP)具有较大误差的问题,理想的方式是直接使用高能离子束对患者成像,生成离子放疗治疗计划设计时所需的医学图像,避免RSP转换从而减小RSP的误差。本研究使用蒙特卡罗程序Geant4/Gate搭建了离子CT模拟平台,设计了理想与现实两种离子CT成像系统探测器,利用最大似然法和ASD-POCS算法实现了图像重建,研究了理想与现实两种设置、多种能量以及不同离子种类对模体内硫、磷、碳和钙四种材料插件重建RSP误差的影响。结果表明,330MeV质子在理想与现实设置两种情况下的RSP相对误差都小于1.547%,理想设置下的RSP相对误差远小于现实设置,现实设置下各材料的RSP重建误差接近理想设置下的三倍;质子的RSP相对误差随着能量的增加而减小,在230MeV时的RSP相对误差最大,在硫、磷、碳和钙四种材料中分别为2.855%、2.468%、1.653%、2.553%。在330MeV时的RSP相对误差达到最小,在硫、磷、碳和钙四种材料中分别为0.181%、0.351%、0.250%和0.245%;在能量330MeV/u下,碳离子在硫、磷、碳和钙四种材料中的RSP相对误差分别为0.060%、0.281%、0.150%、0.082%,误差均在0.281%以内,RSP相对误差小于330MeV的质子。因此,与质子CT相比,碳离子CT能为离子放疗治疗计划设计提供更为精确的RSP数据。
分类: 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间: 2024-05-07
摘要: 智能剥离技术(Smart-Cut)是一种利用离子注入和晶片键合来转移超薄单晶层的技术。在先进微电子系统中,智能剥离技术作为半导体材料异质异构集成的重要技术手段之一,受到了学界和行业的广泛关注。智能剥离技术是在半导体材料表面单一注入或共注入氢、氦离子,并调控注入工艺参数(能量、温度、注量、注量率、注入顺序等),将半导体材料和衬底材料在低温下键合后,再进行退火(温度、时间、速率),使注入层内产生平行表面的微裂纹,从而实现层转移。本论文总结了近二十年第一、二、三、四代半导体智能剥离技术研究进展,分析了微观缺陷和微裂纹生长机制,探究了不同材料的剥离阈值差异原因,为理解和掌握智能剥离技术提供了参考,对利用智能剥离技术制备半导体器件有重要意义。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-04-19
摘要: 为满足高能物理实验对基本粒子检测和分析的需求,现代像素探测器研发日益趋向追求低功耗、高分辨率、高读出效率的性能要求。本文研究了一款名为IMPix-N1的硅像素探测器数模混合读出芯片,像素阵列由16行×16列像素单元构成,每个像素单元面积为100μm×100μm,像素阵列部分以1行×8列的像素单元为一个超级像素,其具有共同的逻辑电路进行控制。芯片具有像素配置模式和三种像素地址读出方式的工作模式,实现了对击中粒子时间、能量及位置信息的测量、存储及读出。时间数字转换电路(TDC)可以同时测量和记录粒子的到达时间 TOA 和过阈时间 TOT,时间测量精度为5ns。IMPix-N1适用于要求高时间、空间分辨率以及快速数据获取能力的粒子探测实验。在TSMC 180 nm工艺下,芯片整体使用digital-on-top的方法进行设计。本设计对像素单元数字电路、超级像素控制电路和外围数字电路进行仿真验证,前后仿真结果一致,满足设计要求。
分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-04-08
摘要: 中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的超导直线段运行在连续波模式下,4K液氦压强波动导致超导腔体产生形变而失谐是影响低β腔稳定运行的重要因素。针对半波长超导谐振腔受氦压波动影响而运行不稳定的问题,以CiADS超导直线段β=0.19的半波长超导谐振腔(HWR019)为例,采用数值模拟的方法对液氦压强波动与该腔的频率变化规律进行仿真研究。通过对腔液氦接触区域、腔体的壁厚、液氦冷却流道的形状与腔体氦压敏感系数(KPrees)之间的关系进行计算分析,实现了将HWR019超导腔KPress值降为接近0的目的;同时通过对腔体进行热力学计算,提供了相应的强化传热方案,有效地降低了超导腔在运行过程中的最高温度,保证了CiADS装置对超导腔稳定运行的需求,其分析优化方法对同类型的低β超导腔也具有借鉴意义。
分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-04-08
摘要: 超薄壁钛合金内衬不锈钢真空管道以其结构强度高,横向孔径小,适合于极高真空环境,在快上升磁场中的涡流效应处于可接受范围内,与其他类型的磁场快变化磁铁的真空管道相比成本较低等原因,已经成为HIAF-BRing二极磁铁和四极磁铁真空管道方案的首选。二极铁和四极铁钛合金内衬真空管道是BRing中重要的束流耦合阻抗源。其中,四极铁钛合金内衬的阻抗及其减小措施尚未研究过。在模拟软件CST studio suite中使用传输线法和尾场法分别对各种规格的四极铁钛合金内衬真空管道进行模拟,模拟结果表明1—500 MHz频段内钛合金内衬真空管道主要引入宽带阻抗,且钛合金内衬内表面加薄板的阻抗减小措施同样适用于四极铁真空管道。利用模拟结果计算全环阻抗,发现在106—5x108Hz频段内,钛合金内衬真空管道采取阻抗减小措施能将全环横向宽带阻抗虚部从0.70MΩ/m(水平)和0.82MΩ/m(垂直)减小到0.33MΩ/m(水平)和0.43MΩ/m(垂直),将此结果代入DELPHI中计算78Kr19+单个束团在不同流强下的模式频率移动,发现BRing中Kr束发生横向模耦合不稳定性的流强阈值从2.7x1011 ppp提升到4.4x1011ppp.
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-03-28
摘要: 中能区电荷交换反应可以从自旋-同位旋激发的角度研究原子核复杂结构。利用中国科学院近代物理研究所的放射性束流线,利用逆运动学方法进行电荷交换反应实验,可以将研究的对象核素拓展至丰中子核乃至不稳定核。基于此,设计了用于电荷交换反应实验的探测器系统,该系统主要包括了3He气体靶、TPC和CsI(Tl) 阵列,其中TPC和CsI(Tl) 阵列构成ΔE-E系统。利用Geant4、Garfield++等模拟软件,优化了TPC的工作条件,确定了实验研究的运动学区间和探测器的基本设计,考察了探测系统的粒子鉴别能力。基于模拟优化,搭建了探测系统。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-03-20
摘要: 气体探测器中工作气体的平均电离能、法诺因子及漂移速度等性质对于探测器的前期模拟及参数设计乃至径迹重建有着重要影响。SeF6 作为国内无中微子双贝塔衰变实验中的目标工作气体,相关参数未知需要探究。为研究该气体相关参数设计了一套测量方案, 并采用 Ar/CH4=90/10(P10) 工作气体对该实验方案的测量精度和可靠性进行了检验。实验中通过屏栅电离室测量 𝛼 源得出 P10 平均电离能为 27.10±0.04 eV、当能量分辨率达到 0.91% 时,刻度电子学后扣除噪声得到法诺因子为 0.175±0.001。同时采用266 nm 激光和时间投影室完成漂移速度的测量,其结果与 Garifield++ 模拟结果吻合。实验结果表明该测量方案可行,测量结果可靠性高。为后续开展 SeF6 性质的研究工作做好了准备。
分类: 物理学 >> 核物理学 分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-02-27
摘要: 正在建设中的强流重离子加速器装置 HIAF 配备了一条先进的放射性束流线 HFRS,建成后将为中国 高能放射性核束物理研究提供新的机遇。HFRS 的特点是流强极高 (初级束流强度 1 × 1011 ppp),这对用于粒 子鉴别的能损探测器提出了非常高的计数率要求。传统的能损探测器对信号处理一般依次采用电荷灵敏前放、 主放、ADC 的技术路线。该方案存在电子学响应速度较慢、灵活性较差、难以处理高计数率下信号堆积严重 等问题。我们对此提出一种新的适用于高计数率的能损探测器方案:以耐辐照的多次取样电离室为能损探测 器,优化结构和读出方式提高探测器响应速度,使用快电荷灵敏前放对能损探测器信号初步放大后、直接用 波形数字化仪采集波形再进行后续数字算法处理。并利用放射源和束流对该方案进行了验证测试。利用 3 组 分 𝛼 源测试时,对采集的波形使用数字成形算法处理,能量分辨率(FWHM)可达 1.31%。在 RIBLL2 提供 300 MeV/u 的 56Fe 束流测试中,采用时间常数 𝜏f = 2 𝜇𝑠 的快电荷灵敏前放在计数率接近 1 MHz 时仍未发生明显堆积。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-02-26
摘要: 使用宇宙射线对兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL-CSR) 外靶实验终端 (ETF) 的 Veto 探测器开展了刻度工作,工作主要分为位置刻度与时间刻度两部分。位置刻度可给出粒子在探测器上的击中位置,时间刻度则能为粒子在探测器上击中时刻的探测建立统一标准。这些信息是剔除入射到中子墙探测器的带电粒子事件的依据,可为中子墙探测器物理目标的实现提供重要支持。在刻度过程中,得到了 Veto 探测器的位置分辨半高全宽 (FWHM) 为 2.53 cm,所有单元条时间归一后的时间分辨 FWHM 为 1.09 ns。
分类: 物理学 >> 核物理学 分类: 物理学 >> 原子与分子物理学 提交时间: 2024-02-22
摘要: 利用反应显微成像谱仪,采用二重符合方法,实验测量了0.64 keV/u N+ 与He 单电子俘获产生的反冲离子He+ 三维动量,获得了电子俘获到炮弹离子不同量子态的态选择截面和角分布。实验结果表明:基态的 炮弹离子N+(1s22s22p2 3P) 俘获He 靶的一个1s 电子主要布居到2p 壳层,也可以看到布居到更高壳层的贡献; 亚稳态的炮弹离子N+(1s22s2p3 5S) 俘获He 靶的一个1s 电子主要布居到2s 壳层,几乎看不到布居到更高壳层 的贡献。利用NHe+ 准分子离子的势能曲线定性地解释了实验结果,但分子库仑过垒模型的反应窗预测与实 验存在较大差别。在亚稳态炮弹离子N+(1s22s2p3 5S) 俘获靶电子到2s 轨道的过程中,角微分截面出现了明显 的振荡结构, 这很可能来自Demkov 型跃迁。
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-02-16
摘要: 不稳定原子核的基本性质是开展奇特核结构研究的重要依据。基于多学科交叉的精密激光核谱技术可 以通过测量原子、离子或分子的超精细结构谱提取原子核自旋、磁矩、电四极矩、电荷半径等基本性质,目前在核素版图各质量区域的不稳定核奇特结构研究中均发挥着重要作用。本文从超精细结构谱的研究历史出 发,阐述了精密激光核谱技术的基本原理和测量方法。在此基础上,本文以 Pb (𝑍 = 82) 核区丰质子侧不稳定 核的结构研究为例简述激光核谱学方法在核结构研究中的独特优势。此外,本文介绍了近年来国内共线激光 谱和共线共振电离谱技术的发展现状与最新进展。最后展望了激光核谱技术在未来国内的核物理大科学装置 上的应用规划,在不稳定核性质和结构,以及基于放射性分子谱的基本对称性研究方面的广阔前景。
分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-02-04
摘要: CAFE-2是中国科学院近代物理研究所于2021年建造、用于开展超重新核素合成、超重元素化学性质、超重核结构和性质等方面的研究的超导直线加速器。同步定时触发系统是CAFE-2的重要子系统,在CAFE-2的运行中起着关键性的作用。为了满足CAFE-2在加速器调试及终端运行两种运行模式下不同运行时序及同步触发的需求,CAFE-2主同步定时系统采用了经典的基于事件的定时方案,同时通过耦合电路及联锁逻辑设计,在终端运行模式下将旋转靶调制的同步脉冲信号与主定时CW(Continuous-wave)模式下的触发信号进行耦合,解决了CAFE-2在终端运行模式下触发信号必须与旋转靶脉冲信号同步的难题。本文介绍了CAFE-2同步定时触发系统的结构,并阐述了CAFE-2在不同运行模式下同步定时触发系统的工作原理与方案。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-01-22
摘要: 本文在UMC55nm CMOS工艺下,实现了一款10GHz高速输出、低功耗的高性能电荷泵锁相环设计,可以为粒子物理实验中数据传输系统提供高频差分时钟脉冲。设计了一种双支路通路电荷泵,通过引入运算放大器、虚拟管等措施抑制非理想因素对电路造成的影响。设计了高速、低功耗的64分频电路将锁相环输出的10 GHz差分时钟转化成156.25MHz的单端时钟。设计了采用了互补交叉耦合结构的LC压控振荡器,使其在快速起振的同时又具有较小的相位噪声。仿真结果表明,在经典工艺角下VCO在1MHz频偏处的相位噪声为-104.14dBc/Hz。PLL在500ns完成锁定,功耗22.34mW,峰峰值抖动为6.59ps。
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-01-10
摘要: 兰州重离子加速器冷却储存环上的等时性质量谱仪是开展高电荷态、短寿命同核异能态衰变研究的理想装置。在短寿命高电荷态离子94mRu44+ 的寿命测量实验中,我们直接观测到了94Ru的8+态isomer衰变到基态的过程。在观测时间窗口(20 s, 180 s)范围内,鉴别出了49 个衰变事件。为了能够鉴别出更多的衰变事件,本文研究了一种基于频谱幅度来指认衰变事件的方法。基于模拟结果,该方法可以有效指认(15 s,185 s) 内的衰变事件。将新的鉴别方法应用到实验数据处理中,在(15 s, 185 s)内,鉴别出了54个衰变事件。基于这54个衰变事件,计算得到94mRu44+在运动坐标系下的寿命为194(121) s。新的寿命结果于之前的结果218(148) s 在误差范围内,具有更高的精确度。
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-01-09
摘要: 22Na(p, )23Mg 和 19Ne(, p) 22Na 是新星环境下 NeNa-MgAl 循环以及 rp-过程的两个关键反应,对于理解 新星的演化和元素核合成有重要意义。因为涉及奇 A 核 23Mg 质子分离阈上的众多共振能级,目前这两个反 应的反应率仍有较大分歧。在兰州重离子加速器国家实验室的 RIBLL1 放射性束流线上,利用 22Na+p 厚靶逆 运动学弹性散射方法对复合核23Mg 的质子共振态进行了测量,获得了质心系能量1.5~4 MeV 区间 22Na(p,p) 的激发函数,发现了复合核 23Mg 明显的质子共振态结构,为进一步的 R-矩阵理论分析奠定了基础。
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2023-12-11
摘要: 基于自洽的RBUU输运理论,研究了介质中同位旋相关的$N Delta rightarrow N Delta$ 散射截面。发现同位旋效应对重子的有效质量以及$N Delta$弹性散射截面在不同重子数密度区有着较为明显的影响。随着重子密度的增大,重子不同同位旋态之间的有效质量劈裂逐渐增大。在密度依赖的重子有效质量劈裂、耦合常数以及Born项中的$ sigma- delta$、$ sigma- rho$、$ omega- delta$、$ omega- rho$交换项的共同作用下,不同同位旋态分反应道的弹性散射截面呈现出了不同的密度依赖行为。总截面在低能区出现了明显的介质压低效应,高能区介质效应减弱。
分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2023-12-06
摘要: 通过重离子熔合蒸发反应82Se(18O,p5n)94Nb,布居了94Nb的高自旋态,实验中使用的18O束流由中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器提供,束流能量为82MeV和88MeV。在前人工作的基础上发现了15条新的跃迁并调整了部分能级的摆放位置,丰富并完善了94Nb的能级纲图,结合DC0比值和线极化测量,确认了部分能级的自旋和宇称。在质子(1f5/2, 2p3/2, 2p1/2, 1g9/2)和中子(2p1/2, 1g9/2, 1g7/2, 2d5/2)空间下对94Nb新的能级结构与壳模型计算进行了比较和讨论。
分类: 物理学 >> 原子与分子物理学 提交时间: 2023-12-03
摘要: 低能高电荷态离子与H原子电荷交换X射线的实验和理论研究为天体环境中非平衡态等离子体的诊断和建模提供重要原子数据。本文利用半经典多通道Landau-Zener (MCLZ)方法计算了全裸和类氢的C、N、O离子与H原子电荷交换截面并与已报道实验结果进行了比较。我们发现对于C5 + H碰撞体系理论计算的总截面和实验测量相差较大。同时我们也对比了太阳风离子速度(或能量)区间MCLZ方法和全量子分子轨道紧耦合(QMOCC)方法计算的态选择截面。我们发现对于俘获到n = 3的电荷交换,MCLZ方法态选择截面随碰撞能量升高而增加;而对于俘获到n = 4的电荷交换,MCLZ方法态选择截面随碰撞能量升高而减小;在低能端比QMOCC方法计算的结果小两个量级之多。最后,我们采用天文领域发展的Kronos程序包,通过Janev推荐的截面数据计算了1000 eV/u O8 + H电荷交换X射线谱、线强比及硬度比,并与MCLZ计算结果比较。我们认为MCLZ计算误差较大,会影响天体环境的准确建模。亟需发展更加准确的全量子理论。