冷却储存环获得高能纳秒级重离子束理论与实验研究

高流强、高品质的重离子束流将会为基础及应用科学研究提供新的实验平台。如高能量密度物理（涉及重离子驱动惯性约束核聚变新能源等物理研究）要求纳秒级高能重离子束流。本项目拟以国家九五重大科学工程HIRFL-CSR为依托，在现有加速器装置上实现纳秒级高能重离子束的可行性进行研究,并计划在尽可能利用现有加速器装置与设备的基础上，设计出一套性价比最优的纳秒级高能重离子束实现方案。主要研究内容：1）储存环中纳秒级高能重离子束流动力学和相关模拟、计算程序的开发;2）CSRm纳秒级高能重离子束流的实现方案:使重离子束团在纵向相空间得到90 的旋转而得到快速的非绝热压缩；3）专门用于纵向束团压缩、采用FINEMET合金加载的新型高频腔以及相关技术的研究。在HIRFL-CSR上实现纳秒级高能量重离子束流，不仅能更好的发挥CSR在科学研究中的潜能，更能为我国在能源、材料等学科提供很好的实验平台。

一些基础及应用科学研究如高能量密度物理（涉及重离子驱动惯性约束核聚变新能源等物理）等要求纳秒级极短脉冲高能重离子束流。为取得满足实验要求的束流品质，本项目以兰州重离子加速器冷却存储环CSRm为依托，结合世界一些知名加速器装置如德国GSI、日本RIKEN等获取极短脉冲重离子束的经验，采用束团非绝热压缩方法研究了在冷却存储环上实现纳秒级极短高能重离子束的可行性。使用K-V包络模型方法和蒙特卡罗离子跟踪方法对束团纵向非绝热压缩束流动力学进行了计算模拟，给出了束团长度，动量分散等关键参数在压缩过程中随高频电压的变化，结果表明，可以在CSRm上获得脉冲长度为50ns的极短重离子束。.研究了束团非绝热压缩的获取装置---软磁合金材料加载的高梯度高频腔，使用等效电路方法和微波工作室（CST）对束团压缩腔进行模拟计算，得出主要高频特性参数，研究了腔体的功率馈入和腔体调谐方法，最后，从加工工艺方面对腔体的特性进行了研究，结果表明，可以得到40kV/m的高梯度腔体。