【摘 要】
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激光离子源是产生强流高电荷态脉冲离子束的有效装置,尤其是针对固态元素。激光离子源与射频四极加速器（Radio Frequency Quadrupole-RFQ）基于直接等离子体注入方案（Direct Plas
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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激光离子源是产生强流高电荷态脉冲离子束的有效装置,尤其是针对固态元素。激光离子源与射频四极加速器（Radio Frequency Quadrupole-RFQ）基于直接等离子体注入方案（Direct Plasma Injection Scheme-DPIS）的组合作为离子治癌装置的预注入器,可大大缩减整个装置的规模和造价。碳离子和质子在癌症治疗上各具优势,互为补充,因此未来离子治癌装置的发展趋势之一是能够同时提供碳离子束和质子束。目前,激光离子源产生的C6+离子束已可以满足治癌同步加速器单次单圈注入的要求。为了满足未来离子治癌装置的需求,需要针对激光离子源产生质子束展开研究,本论文的重点是其中的关键技术之一——固态氢靶系统的研制。目前,在不同研究领域制备固态氢靶的方法主要有四种:沉积法、铸造法、冷凝法和挤出法,通过比较它们的优缺点,并结合激光离子源的特点和对靶的要求,确定用沉积法来制备固态氢靶。针对近物所激光离子源参数以及计划达到的激光打靶频率,进行了冷量计算、漏热分析,采用两级G-M制冷机（>1.5W@4.2K,35 W@50 K）作为冷源,设计了相应的低温恒温器及其辅助系统,ANSYS模拟结果表明,所设计的恒温器可以达到固化氢气所需要的温度。靶制备和探测实验结果表明:研制的低温恒温器性能良好,通过调节一二级控温值和进气流量可对氢气的固化状态进行优化,估算固化的氢气量约为进气量的26%,且较低的一二级控温值有助于氢气的固化,较大的进气总量（实验中最大进气量为60Nml）有利于氢冰层吸热后的生存。利用制备出的固态氢靶开展了激光打靶产生质子束的初步实验,每发激光脉冲消融了所有的固态氢,并已确认质子束产生,但所产生束流流强较小、重复性较差。未来将通过优化靶基座构型、激光参数及打靶频率等手段提高所产生质子束的流强和重复性。
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