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兰州重离子研究装置

CSTR:31111.02.HIRFL

兰州重离子研究装置是我国规模最大的中低能重离子综合研究平台，可开展重离子物理及其交叉学科研究。项目法人单位为近代物理所，建设地点为甘肃省兰州市。兰州重离子研究装置由三代大科学工程发展而成，分别是1958年建设的1.5米回旋加速器、1979年建设的大型分离扇回旋加速器和2000年建设的冷却储存环工程。

设备展示

辅助实验室

CSRe X射线内靶装置（CSRe-IT）由团簇源、碰撞室和收集级三部分组成。预冷至露点附近的气体由Laval喷嘴注入真空腔体，并在喷射过程中通过绝热膨胀冷却到露点以下，降低横向速度并形成微小团簇。经四级准直光阑后形成直径约3～5毫米的团簇束，和储存环中的离子束交叉碰撞，未反应的靶束被收集级抽走。该装置可以保证在5×10<sup>-9</sup>Pa的背景真空条件下，提供等效厚度约为1013 atoms/cm<sup>2</sup>的Ne、Ar、Kr、Xe、N2和1012 atoms/cm<sup>2</sup>的H2团簇束。碰撞靶室在多个角度配有铍窗和半导体X射线探测器，可以进行高能、高电荷态重离子与原子碰撞的X射线谱学测量，开展如辐射电子俘获、原子内壳层多重电离等研究。

CSRe内靶X射线装置
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRe.IT

双电子复合（DR）实验的过程是当一个自由电子与非裸的离子Aq+相互作用时，电子被共振俘获到离子能级形成双激发态，如果双激发态辐射退激后离子稳定下来，这就是离子的DR共振过程。利用兰州重离子加速器冷却储存环实验环（CSRe）双电子复合实验装置（简称CSRe DR）开展DR实验是通过连续扫描电子冷却器（可以提供的电子束最大能量为300kV，电子束能量扫描范围±30kV）中电子相对于离子的能量并同时探测复合离子，就可获得DR共振谱，从而得到离子的共振能级信息。CSRe上DR共振复合精细谱学技术可以开展天体物理相关的电子离子复合截面进行精确测量；高电荷态离子精细结构测量从而检验强场QED；放射性离子的精细谱学测量等等。

CSRe双电子复合实验装置
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRe.DR

CSRe通用实验装置亦称兰州重离子加速器冷却储存环实验环（CRSe），它的周长128.80米，最大接收能量600MeV/u (12C6+)和400MeV/u(238U90+)，是集冷却、储存、内靶实验及高灵敏、高分辨测量等当代加速器先进技术于一体的多功能实验装置。电子冷却装置位于CSRe注入直线段，可有效地将离子束品质提高一个量级以上。
CSRe研究主要针对束流冷却装置参数的优化，包括冷却装置纵向磁场参数的设置，不同螺线管磁场强度比例的变化及电子枪参数的优化。通过参数的优化，可以显著提高储存束流的品质，为核物理及原子物理提供所需的束流条件。

CSRe通用实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRe

CSRe原子质量谱仪（CSRe-AMS）于2007年建成，它包括3套高精度的飞行时间探测器系统、2台采样率分别为80GHz和100GHz的数字示波器、1套谐振腔型肖特基探测器系统以及基于GPU并行运算的在线数据处理系统，主要用于短寿命放射性核素的精确质量测量。
近代物理研究所核质量测量团队利用CSRe-AMS已开展多项等时性质量测量实验。2013年始，在CSRe直线段加装了两套飞行时间探测器，使CSRe-AMS实现对离子飞行速度的直接测量，并提高对储存离子的回旋频率分辨能力；发展电子冷却技术，在非等时性模式下，利用肖特基探测器实现短寿命核素的精确质量测量和衰变性质测量。

CSRe原子质量谱仪
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRe.AMS

双电子复合（DR）实验的过程是当一个自由电子与非裸的离子A<sup>q+</sup>相互作用时，电子被共振俘获到离子能级形成双激发态，如果双激发态辐射退激后离子稳定下来，这就是离子的DR共振过程。利用兰州重离子加速器冷却储存环主环（CSRm）双电子复合实验装置（简称CSRm DR）开展DR实验是通过连续扫描电子冷却器（可以提供的电子束最大能量为35kV，电子束能量扫描范围±5kV）中电子相对于离子的能量并同时探测复合离子，就可获得DR共振谱，从而得到离子的共振能级信息。CSRm上DR共振复合精细谱学技术可以开展天体物理相关的电子离子复合截面进行精确测量。

CSRm双电子复合实验装置
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRm.DR

充气反冲核谱仪（TR2）由一台二极偏转磁铁和三台四极聚焦磁铁组成，以氦气作为工作气体，拥有转动靶装置、束流调制装置、焦平面气体探测器、位置灵敏型硅探测阵列、全数字化电子学数据获取系统等实验装置。
TR2主要用于重离子熔合蒸发反应产物的分离、鉴别和测量等研究工作。基于重带电离子可以在稀薄气体中形成平衡电荷态的特点，TR2 能够利用高强度二极磁场，将薄靶中反冲出的熔合蒸发产物在飞行中进行快速分离，使其注入位于谱仪焦平面位置的低本底探测系统中，并对产物的衰变性质等特征进行测量。
TR2可开展的研究工作主要有重核和超重核素的合成研究、重离子熔合蒸发反应研究、奇异核素的衰变谱学研究以及重核素的放射化学研究等。

充气反冲核谱仪
CSTR:31111.02.HIRFL.SHANS2

单粒子效应实验终端（TR5）主要用于宇航器件单粒子效应检测试验。TR5建成后完成了多项型号任务、核高基项目的单粒子效应检测试验，与国内五十多家单位建立了合作关系。
TR5具有真空和大气环境下的单粒子效应检测能力，真空辐照试验采用真空预抽副靶室和从大气到真空的小样品快速更换设计，节省了样品的更换时间，大大提高了束流的利用率。TR5具有束流扫描装置，最大扫描面积为6060 mm2；具有大气和真空环境四维定位台、探测器直线驱动装置，可变狭缝控制等功能，能够远程进行样品的定位、探测器控制、数据获取及束斑的调节；能够进行注量、能量、均匀度的测量。

单粒子效应实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.TR5

放射性束流线1号线（RIBLL1）全长 35m，由产生、分离、鉴别和聚焦系统组成。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，首次采用双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/ΔA）大于200，动量接收度为10%，最大磁刚度 4.2Tm。可提供上千种短寿命放射性核束。
RIBLL1 已为国内外用户提供了多种短寿命放射性核束，开展了一系列放射性核束物理研究，取得了一批重要成果，比如证实了一批具有质子晕、中子晕结构的奇异核素，首次研究了12Be的分子态结构，<sup>18</sup>N，<sup>21</sup>N的β 延发谱学，<sup>28</sup>P，<sup>29</sup>S 的双质子放射机制，<sup>22</sup>Si、<sup>26</sup>P等核素的β延迟质子衰变测量，<sup>40</sup>Ar的弹核碎裂机制，<sup>8</sup>B弹性散射等。

放射性束流线1号线
CSTR:31111.02.HIRFL.RIBLL

放射性束物理是当前核科学最具活力的前沿研究领域之一，而放射性束流线2号线外靶终端（CSRm-ET3）正是促进这一研究的强有力工具。终端拥有包括大接收度偏转磁铁和中子阵列探测器、CsI阵列Gamma探测器、带电粒子径迹（MWDC）及飞行时间阵列探测器等大型探测设备及配套的先进电子学和获取系统，可以同时实现对带电粒子、中子和gamma等的高精度探测。利用CSRm提供的中高能重离子束流或RIBLL2产生的次级束流，在终端可以实现核反应产物的完全动力学测量，从而开展以短寿命核素性质及反应机制和核物质性质为主的实验研究工作，促进相关领域的研究发展。

放射性束流线2号线外靶终端
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRm.ET3

高能微束装置（TR0）可将HIRFL加速器提供的几MeV/u至80 MeV/u的束流聚焦到微米量级和单离子精度，用于对样品进行准确定位和精确剂量（精确至单个离子或给定离子个数）的辐照和分析。该装置采用两台45度的垂直偏转磁铁辅以四极透镜，将重离子束流导向地下室，再用高梯度三组合四极透镜强聚焦在空气中形成微米尺寸束斑，束流沿垂直方向从上向下辐照样品。它目前是世界上能量最高的离子微束装置，可提供的离子束在生物组织中离子LET值范围为30-5000keV/μm，硅器件中的LET值范围为0.2-85 MeV/(mg/cm2)，在各种材料中的射程从几十微米至18.5毫米。
兰州高能微束装置可以开展单离子辐照、单粒子效应定位分析和微区成像（微米至厘米）、单粒子效应百纳米成像、辐照效应材料分析、活细胞在线成像、各种固体和生物样品的微区辐照、离子注入攻击等多学科交叉实验研究，已经广泛和国内外用户合作开展了抗辐射加固、空间辐射生物学、微纳加工和微纳流控、离子束材料改性和离子束分析等研究。

高能微束装置
CSTR:31111.02.HIRFL.TR0

核化学实验终端（SFC-T3）是在扇聚焦回旋加速器（SFC）上建成的实验终端，SFC-T3主要通过低能核反应进行核化学相关研究工作。SFC-T3已有的特色装置是基于“氦喷嘴传输技术+转轮收集探测装置”的重核在线分离鉴别系统和基于“在线等温气相色谱装置”的单原子气相化学测量系统。SFC-T3可开展的研究工作主要有重元素和超重元素的合成及其气相化学性质研究、超重元素的同族元素液相化学现在研究、低能核反应快化分离研究以及放射化学分离相关的重离子反应研究等。

核化学实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.SFC.T3

核孔膜1号终端(TR6)专门用于核孔膜的辐照生产。TR6主要包括真空系统、扫描磁铁、扫描电源、膜传动装置、束流探测器和自动控制六个部分。TR6能在大气条件一次下辐照6层薄膜，最大走料速度为每分钟2米。自动控制系统能根据束流强度大小，调整走料速度，从而实现核孔膜的均匀辐照。目前该终端完成了多次生产任务，提供医疗输注膜和防伪膜几十万平米，该终端辐照的核孔膜产品孔径均匀，锥度很小且孔形规整，产品性能达到医用过滤、食品饮料、锂离子电池等精密过滤膜的要求。整个系统设计指标和生产能力均达到国际先进水平。

核孔膜1号终端
CSTR:31111.02.HIRFL.TR6

2011年，为了开展加速器驱动次临界系统（ADS）散裂靶相关核数据测量，在兰州重离子加速器冷却储存环上建成核数据实验终端（CSRm-ET2），CSRm-ET2主要包括用于轻带电粒子与中子测量的ADS核数据测量装置、用于散裂靶中子学性能研究的水浴中子活化测量装置及用于轻带电粒子与中等质量碎片测量的PISA装置（由德国Julich研究中心赠送）。
CSRm-ET2可以开展中高能核反应、离子束辐照、离子束照相等实验研究。利用CSRm-ET2已经开展了ADS散裂靶相关的散裂反应中子能谱测量、中子学性能研究及质子束成像等实验。它是目前国内唯一的高能质子束实验终端。

核数据实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRm.ET2

介质环境材料辐照协同效应实验终端（简称SFC-T2）基于扇聚焦回旋加速器（SFC）而建成，拥有高温蠕变应力辐照靶室和腐蚀/辐照协同靶室两套实验装置，可进行变温、应力加载、蠕变、介质环境等模拟多种工况的材料辐照效应研究。
SFC-T2可提供束流参数如下：
 可提供离子种类：p-U
 能量：0.08~8.5 MeV/u
 能量发散度：≤1×10-3
 连续束流强：0.1~15 eμA
 配有X、Y方向束流电磁扫描系统
 配有束流能量调节（降能）系统
SFC-T2参数如下：
 真空度：≥1×10-4 Pa
 介质种类：液态金属如PbBi、LiPb、Ga和水、水汽、超临界水等
 介质温度：200~600 ℃
 介质流速：0~2.0 m/s
 辐照区域：15×15 mm2
高温蠕变应力辐照靶室实验装置参数如下：
 真空度：≥1×10-5 Pa
 辐照温度：室温~1200℃，温度稳定性为：±2 ℃
 拉/压应力加载系统：最大载荷1000 N，加载精度为0.1 N
 位移实时测量系统：测量分辨率为2μm
 配备室温旋转多样品台
 辐照区域：15×15 mm2

介质环境材料辐照协同效应实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.SFC.T2

浅层治疗及生物辐照终端（TR4）由照射装置、样品辐照转动系统、剂量监测系统、控制系统、被动降能系统、辐射防护在线监测系统等多个部分组成，可以使用不同离子种类、不同能量、不同传能线密度、不同剂量率的重离子开展诱变育种及重离子治癌基础研究。终端采用半自动化平台运行，具有照射精准、换样效率高等特点，不但可以开展重离子治疗人体浅层肿瘤临床试验研究，也可以满足各类生物样品（包括植物种子、组织、枝条；哺乳动物细胞、小型动物；微生物悬浮细胞、孢子等）的辐照处理需求。

浅层治疗及生物辐照终端
CSTR:31111.02.HIRFL.TR4

高能生物医学辐照终端（CSRm-ET1）是在兰州重离子加速器冷却储存环主环（CSRm）上建成的一条水平束辐照终端，配备有被动式及主动式束流配送系统，可提供从质子到铀的全离子束流辐照，照射野最大可达20cm×20cm，照射野均匀性在90%以上。CSRm-ET1可开展重离子辐照生物学效应、重离子治疗技术及相关机理、空间重离子的辐射危害与评价以及重离子辐照效应等实验研究，是一个可从事生物、医学、材料等多学科交叉研究的辐照终端。

高能生物医学辐照终端
CSTR:31111.02.HIRFL.CSRm.ET1

原子物理实验终端（TR1）主要利用反应显微成像谱仪进行中高能区原子分子碰撞动力学实验。反应显微成像谱仪利用电子探测器、反冲探测器以及散射探测器的三重甚至四重符合测量，对每次发生的离子与原子分子碰撞的运动学信息进行完全的测量。根据测量到的运动信息来推断碰撞的动力学性质，进而可以在原子物理的层面对量子力学各种模型以及基本假设进行最精确的验证。例如，可以对离子原子碰撞中的俘获、电离、激发以及它们共同参与的复杂反应过程的全微分截面进行测量；甚至可以对局域实在性、相干性等涉及量子力学基本哲学原理的问题进行验证。

原子物理实验终端
CSTR:31111.02.HIRFL.TR1

原子核的衰变过程几乎都伴随着γ辐射。因此，大型 γ探测器阵列是当今核物理前沿研究的基本探测装置，为世界各大实验室所必备。中国科学院近代物理研究所目前设计建造的32个单元的大型探测器阵列测量平台，可容纳16 台同轴型高纯锗、8 台 Clover 型高纯锗和 8 台 LaBr3 探测器。该平台拥有亚洲最高的探测效率，并实现谱学和寿命测量等同时进行，完全可支撑当今核谱学前沿研究。另外，我们还为平台研制了自动的冷却系统和高速、大容量的电子学与获取系统。此平台现安装于本底屏蔽较好的TL2终端，可结根据需要进行核结构、核反应和核天体物理的实验研究。

gamma实验装置
CSTR:31111.02.HIRFL.TL1

中能辐照终端是扇聚焦回旋加速器（SFC）束运线上的一个实验终端，简称SFC-T1。
SFC-T1主要功能：①离子能量梯度衰减：将SFC提供的单一动能的离子进行梯度减能，从而实现沿样品深度方向离位损伤和注入原子的准均匀分布。②样品的制冷/加热控制：具有液氮制冷样品台、高温样品台（室温-600oC范围连续可调），实现对样品温度的有效控制。具有升降机构，可每次装5块样品依次辐照。③散射束低剂量辐照：实现小于1011 ions/cm2的宽广剂量范围的辐照。
SFC-T1可开展实验研究内容：①核能装置候选材料在强辐射环境的损伤行为研究；②光电子材料辐照效应的研究。

中能辐照终端
CSTR:31111.02.HIRFL.SFC.T1

核孔膜2号终端（TR3）主要面向精密核孔膜的基础研究和应用研究，开展小尺寸样品和大面积卷膜的重离子辐照。TR3终端由束流输运线、多级差分真空系统、高功率束流扫描系统、宽流强范围束流诊断与反馈系统、小样品快速传动辐照室、大面积真空卷膜辐照靶室和数据获取系统等组成。拥有真空环境下的双路薄膜宽速域精确独立传动、多维辐照角度调控和大面积束流均匀度监测等多项创新性技术。
TR3终端可利用SSC-LINAC、SFC、SSC-LINAC+SSC以及SFC+SSC加速的重离子束流进行辐照。束流种类He-U，能量最高100 MeV/u（C），流强最高为50 μA（SSC-LINAC），辐照注量最高可达1011 ions/cm2。辐照幅宽可达500 mm，卷膜速度最低为0.5 mm/s，最大为500 mm/s。小样品尺寸为5 cm×5 cm。

核孔膜2号终端（TR3）
CSTR:31111.02.HIRFL.HIRFL.TR3

储存环原子分子碰撞动力学实验平台结合反应显微成像谱仪技术和冷却储存环高品质离子束流的技术优势，实现相对论能量高电荷态离子碰撞诱发原子分子及团簇体系碎裂的运动学完全测量。谱仪的超音速气体冷靶系统能够提供常温下为气态（如He、Ne、H2）和液态（如H2O、C2H5OH）的多种原子、分子及其团簇靶，谱仪能够对反应末态的碎片离子、电子和散射离子进行符合探测。相关实验研究将在相对论能量碰撞中的多体量子关联、相对论效应、库仑爆炸成像、重离子诱导的分子反应动力学及辐射损伤在分子尺度的微观机理等前沿基础和交叉领域发挥重要作用。

储存环原子分子碰撞动力学实验平台
CSTR:31111.02.HIRFL.ReMiLa.CSRe

低温高密核物质测量谱仪（CEE）终端是基于HIRFL-CSRm大科学装置的综合型高能核物理实验装置，其主要的科学功能是实现该能区重离子碰撞中带电粒子产物的近全空间测量，为致密天体性质、核反应动力学、自旋和同位旋相关的核力与核物质状态方程性质、高重子数密度QCD相图等重要的科学问题研究提供基础实验数据。
<br/>终端束流参数：
<br/>离子种类：C-U
<br/>束流能量：400-1000 MeV/u
<br/>流强：~106 pps

低温高密核物质测量谱仪（CEE）终端
CSTR:31111.02.HIRFL.CEE

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