兰州重离子加速器冷却储存环

　　兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)[1],属国家“九五”重大科学工程项目。2008年通过国家验收并投入运行。HIRFL-CSR总体设计思想是:采取级联回旋加速器与双冷却储存环同步加速器的独特组合,将放射性次级束(RIBs)与高品质重离子束技术相结合,并适当提高束流能量。该系统具有能量范围宽、束流种类多、束流品质高、能量可调等特点,并可以作为高灵敏度高分辨谱仪。CSR的科学目的是:放射性束物理,特别是滴线核的研究;高温高密度条件下核物质性质研究;介子物理及粒子物理研究;高离化态(高Z)原子物理研究;重离子束相关的应用研究以及重离子束深层治癌研究等。

　　1　HIRFL-CSR概述

　　1.1　总体描述与总体参数

　　兰州重离子加速器冷却储存环如图1所示,CSR是一个双冷却储存环系统,由一个主环CSRm和一个实验环CSRe构成。HIRFL的重离子束(7~25 MeV/u)首先注入到CSRm储存,并使用空心电子束对重离子束进行冷却累积,然后采用高频变谐波同步加速的方法将束流能量提高到200~1 000MeV/u,最后快引出打靶使中高能重离子弹核碎裂(PF)产生放射性束RIBs或剥离成类氢类氦或全裸的高电荷态(高Z)重离子束(如U91+, U92+, Au79+),这些次级束流被CSR的谱仪线RIBLL2分离选择后注入到CSRe中冷却储存。在CSRe中利用所冷却储存的循环束流连续不断地进行内靶实验,且每隔一个运行周期(约17 s)就补充一次束流,从而实现准连续束的运行。同时CSRe还可利用自身的大接收度、等时性模式、电子冷却、ToF测量和Shottky频谱分析进行稀有离子探测和高分辨质量测量。表1是CSR的总体参数与束流参数。

　　1.2　CSRe高分辨谱仪[2]

　　对于储存环,可以通过对回旋离子的Schottky噪声测量来获得离子的回旋频率谱(简称频谱)。离子回旋频率frev与离子速度v及离子回旋一周的周长C的关系是

　　根据R-1q的定义,对CSRe可采取以下两种运行模式来进行高分辨质量测量。(1)肖特基模式(SMS):机器γt尽量小,利用电子冷却将离子束的动量分散δp/p尽量减小,并利用Schottky噪声进行测量。例如,γt=2.6,γ=1.395,δp/p为1×10-6时,则分辨率Rq可达到≈4×10-6。此模式用于寿命大于秒量级核的质量测量。(2)等时性模式(IMS):环处于此模式运行时,机器γt与束流能量γ相等,分辨率R-1q与离子束的动量分散δp/p无关,此时可用ToF(time-of-flight)方法来进行质量测量。此模式可用于短寿命(10μs量级)核的质量测量。

　　1.3　CSR主要系统参数

　　CSR主要系统磁铁、电源及真空室参数如表2所示。图2及图3是已经建成并调试成功的主环CSRm隧道及实验环CSRe隧道。