田玉林硕士学位论文

分类号密级UDC编号中国科学院研究生院硕士学位论文RFQ冷却聚束器RFQ1L的研制田玉林指导教师黄文学、副研究员、博士、中国科学院近代物理研究所申请学位级别理学硕士学科专业名称粒子物理与原子核物理论文提交日期2008年4月论文答辩日期2008年5月培养单位中国科学院近代物理研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席陈熙萌摘要I摘要SHANS(SpectrometerofHeavyAtomsandNuclearStructure，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±0.5mm；真空系统的真空度达到了1.7×10-4Pa，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昀基本属性，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。关键词：SHANS，超重核，束流冷却，质量测量ABSTRACTIIABSTRACTDevelopmentoftheRFQcoolerandbuncherRFQ1LTianYulinDirectedbyHuangWenxueThebeingconstructedSHANS(SpectrometerofHeavyAtomsandNuclearStructure)willnotonlyidentifydirectlythechargenumberZandmassnumberAoftheionsofinterest,butalsoactimportantrolesonthenuclearstructureandnucleardecaystudies.TheRFQcoolerandbuncherRFQ1LandtheLanzhouPenningtrapLPTaretwoimportantpartsofthewholespectrometer.ThemaintaskoftheRFQ1Listocollecttherecoilsfromthegas-filledseparator,coolandbunchtheminordertoconvertthepoorbeamtoabeamwithmonoenergy,lowemittance,andsmallbeamspot.Thesimulation,design,machiningandinstallationoftheRFQ1Lhavebeencompletedsuccessfully,whichtheinstallationisoneofthemainpartsofthisthesis.Byovercomingalotofdifficulties,wehaveinstalledallpartsoftheRFQ1Linalmosthalfayear.Themeasurementsindicatethatthefinaldisplacementofallthepartsarewithin0.5mm,thehighestvacuumofallthesystemis1.7×10-4Pa,thepressureriserateis(0.04±0.02)Pa/handalltheinsulatorsandtheconductorsworkwell.ThemaintaskoftheLPTistomeasuretheatomicmasswithhighprecisiondirectly.Massisoneofthemostfundamentalpropertiesthatcanbeobtainedaboutanatomicnucleus.Theprecisionmassdataareneededinthestudiesofnuclearmodels,nuclearsynthesisprocessesinthenuclearastrophysicsandfundamentalconstantsinthenature.ThecontrolsystemactsakeyroleintheLPT.ThedesignABSTRACTIIIandrealizationofthiscontrolsystemisanotherpartofthisthesis.Thebasicrequirement,thelayoutsofthehardwareandsoftwarearestudiedanddescribedindetails.Keywords:SHANS,super-heavynucleus,beamcooling,massmeasurement目录IV目录摘要.............................................................IABSTRACT........................................................II目录............................................................IV图表目录.........................................................VI第一章引言......................................................11.1超重核实验研究现状..........................................11.2SHANS.......................................................31.3RFQ冷却聚束器研究现状.......................................41.4质量测量与彭宁阱............................................51.5本文的主要工作..............................................8第二章RFQ冷却聚束器与彭宁离子阱的基本工作原理...................92.1RFQ冷却聚束器基本原理.......................................92.1.1径向约束原理..........................................92.1.2冷却原理.............................................132.1.3轴向引导和Paul离子阱.................................162.2彭宁离子阱原理.............................................162.2.1离子在彭宁阱中的运动.................................162.2.2质量测量原理.........................................19第三章RFQ1L的实现..............................................243.1RFQ1L的模拟................................................243.2RFQ1L的机械设计与加工......................................263.3RFQ1L的机械安装............................................273.4RFQ1L系统压升率的测量与分析................................323.4.1理论估算.............................................323.4.2实验测量.............................................343.4.3分析.................................................34第四章LPT控制系统..............................................374.1LPTCtrlSys基本要求.........................................374.2CS简介....................................................394.3.1CS实现途径...........................................394.3.2CS类设置.............................................40目录V4.3.3事件驱动通信.........................................414.3.4数据库...............................................424.3.5CS安装和设置简介.....................................424.3LPTCtrlSys控制的设备.......................................464.4.1LPTCtrlSys计算机硬件.................................464.4.2LPTCtrlSys软件.......................................504.4进展情况...................................................55第五章展望......................................................565.1RFQ1L展望..................................................565.2LPT展望....................................................57发表文章目录.....................................................59参考文献.........................................................60致谢.............................................................64图表目录VI图表目录表1-1国际上不同分离器特点的比较.................................................................2表1-2国际上的RFQ冷却聚束器的主要参数..............................