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中国科学院近代物理研究所

中国科学院近代物理研究所

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  兰州重离子加速器(HIRFL)

HIRFL平面布局图

  HIRFL是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平。HIRFL由ECR离子源、扇聚焦回旋加速器、分离扇回旋加速器、放射性束流线、新建的冷却储存环主环和实验环等主要设施组成。HIRFL具有加速全离子的能力,可提供多种类、宽能量范围、高品质的稳定核束和放射性束,用以开展重离子物理及交叉学科研究。

  超导高离化态ECR离子源(SECRAL)

超导高电荷态ECR离子源

  我所在1991年引进一台10GHz的ECR离子源后,经过消化、吸收和再创新,自主研制完成的不同频率的几台ECR源技术指标均达到国际先进水平,获得中科院科技进步一、二等奖,国家科技进步三等奖,提高了HIRFL的束流强度及综合性能,还装备了所内外几个原子物理研究平台。2006年建成了超导高电荷态ECR源,将ECR源的最新技术集成于一体,研制成功原创性的全新磁铁结构,刷新了多种典型高电荷态离子流强的国际记录,成为当前国际领先水平的 ECR源之一。获得2008年度国家科技进步二等奖、2009年度国际离子源领域最高奖项“明亮奖”及科技部‘十一五’国家科技计划执行突出贡献奖。

  扇聚焦回旋加速器(SFC)

  SFC是一台磁极直径1.7m的扇聚焦回旋加速器,能量常数K=70,由原1.5m回旋加速器改建而成。SFC主体由圆形电磁铁、双层结构真空室和高频加速腔组成,1987年建成出束,可把C-U的重离子分别加速到8.5-0.08MeV/u的能量,相应的引出流强为15-1eμA,运行水平进入国际前列。单独运行时,可开展低能重离子物理研究。

  分离扇回旋加速器(SSC)

  SSC是K=450的大型分离扇回旋加速器,1988年建成出束,按建成顺序是国际现有8台中能重离子加速器中的第4台。其主体由4台总重2000t的扇形电磁铁、2台大型高频加速腔和100m3真空室组成,轮廓直径12m、高度6m。SSC与SFC联合运行,可把典型的C-Bi的重离子分别加速到100-9.5MeV/u的能量,相应的引出流强为3.5-0.1eμA,性能指标达到国际先进水平,获得1991年度中科院科技进步特等奖、1992年度国家科技进步一等奖。用以开展了新核素合成和研究、中低能重离子碰撞和热核性质研究,以及重离子束应用研究。

  放射性束流线(RIBLLⅠ)

  RIBLL1全长35m,由放射性束的产生、分离、鉴别和聚焦系统组成,1997年建成。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,首次采用两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/△A)大于200,动量接受度10%,最大磁刚度(Tm)4.2。在RIBLL1上开展的物理研究,发现了一批具有质子晕、中子晕结构的奇异核素。1999年获得中科院科技进步一等奖。

  重离子冷却储存环(CSR)

冷却储存环主环(CSRm)隧道

  兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)是国家“九五”重大科学工程之一,2007年建成并投入运行,2008年7月通过国家验收。

  CSR由主环CSRm、实验环CSRe、放射性束分离器(RIBLL2)、实验探测装置等组成,其超高真空束流管道总长约500m、总重1430t的各类高精度电磁铁220多台、大功率特殊电源近300台,是一个集累积、冷却、加速、储存、内靶实验及高分辨质量测量于一体的大型多功能实验装置,可提供C-U、单核子能量直到GeV量级的重离子束,技术指标达到国际先进水平,获得2008年度甘肃省科技进步一等奖、2009年度中科院杰出科技成就奖。

  HIRFL-CSR的建成,是我国高技术领域的一项重大成果,成为国际上继德国GSI之后又一个大型重离子冷却储存环装置。在工程建设中,科技人员开拓创新、奋力攻关,掌握了全部核心技术,自主研制的设备达到80%以上,高质量完成了设备安装和联合调束,实现了多项创新和突破:建成独特的级联回旋加速器和双冷却储存环的耦合系统,创造性地实现了变谐波同步加速,大幅度提高了重离子束的能量、流强和品质,创造了国际同类加速器多种典型重离子束流强的最高记录;研制成功国际新一代电子冷却装置、大功率高精度电磁铁、纳秒量级大功率Kicker电源、10-12 mbar大型超高真空系统、高性能网络数字化控制系统等关键设备。在等时性模式运行的实验环上进行的短寿命核质量测量实验,精度达到10-6量级的国际先进水平。最近,冷却环成功加速第83号元素铋,验证了其对极重离子的加速能力。

  HIRFL-CSR的建成,拓宽了HIRFL的研究领域,形成了一个以重离子物理为核心的学科群,既可开展对微观世界的强子、原子核、原子、分子、团簇,到宏观世界的等离子体、固体、生物体、天体进行深入认知的基础研究,又可开展能源、材料、航天、生物、医学等领域的应用基础研究和应用研究。

  HIRFL-CSR工程培养和锻炼了一支能打硬仗的优秀青年创新团队,创造了极高的性能造价比,促进了我国特别是西部相关产业的技术升级,促成了重大国际科技合作项目,提高了我国有关科技领域的自主创新能力,使我所成为多学科创新研究的基地。

  320kV高电荷态离子综合研究高压平台

  我所创新项目――320 kV高电荷态离子综合研究平台,在达到100kV加载运行后,经过项目组科技人员和运行人员的努力攻关,近日达到了320kV的设计指标。

  近期,320 kV高电荷态离子综合研究高压平台在线调束加载高压在150kV和230kV平稳运行,在进行平台测试和调试的同时,为实验提供了20多天的束流。运行过程中,科技人员深入分析各种情况,有针对性地解决了存在的一些问题,于7月14日使调束加载高压达到了320kV的设计指标,而且系统运行平稳,继续为实验研究提供束流,已经成功开展了离子与原子碰撞、离子与表面和毛细管阵列相互作用的实验工作。目前,科研人员正在进一步优化系统,力求使系统的工作性能有更大的提高。

  320kV高电荷态离子综合研究平台包括5个开放实验研究终端,具有多学科交叉和多用途特点,面向国内外用户开放。

  320kV全离子综合实验平台

  我所基于先进的ECR离子源技术,2007年建成320 kV高电荷态离子综合研究平台。该平台是目前国际上唯一能够提供320 kV高压和多种类高电荷态离子静电加速,并独立为实验研究提供束流的装置。该平台结合低能高电荷态离子与原子、分子、生物分子和团簇,与表面、固体和微纳米管相互作用研究的需要,配套研制了5个实验终端,增强了综合研究能力。2009年11月鉴定认为,该平台主要技术指标创造了多项国际纪录,性能最好,技术领先。投入运行以来,为所内外用户的60多项实验提供了束流,在碰撞动力学研究、离子导向效应、离子与物质作用的发光研究、表面和近表层材料改性等方面取得了一些有意义的结果。