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科学通报 2023年第9期68卷 1036-1046页

作者：黄森林刘克新赵夔陈佳洱北京大学核物理与核技术国家重点实验室北京100871 北京大学物理学院重离子物理研究所北京100871

直流-射频超导(direct current-superconducting radio frequency,DC-SRF)光阴极电子枪是由北京大学射频超导加速器实验室提出并发展的一种连续波电子源,可产生MHz及以上重复频率、皮秒至亚皮秒脉冲、Me V能量的电子束.作为一类重要的... 详细信息

直流-射频超导(direct current-superconducting radio frequency,DC-SRF)光阴极电子枪是由北京大学射频超导加速器实验室提出并发展的一种连续波电子源,可产生MHz及以上重复频率、皮秒至亚皮秒脉冲、Me V能量的电子束.作为一类重要的超导型光阴极电子枪,DC-SRF将具有高量子效率的半导体光阴极与射频超导加速腔分离,成功地解决了二者之间的兼容问题,并具有结构紧凑、暗电流低等优点.DC-SRF光阴极电子枪的研发经历了样机、DC-SRF-I及DC-SRF-II三个阶段,其中,DC-SRF-I于2014年实现稳定载束运行,并开展了系列应用实验;DCSRF-II于2021年建成,2022年实现100 p C束团电荷量、1 MHz重复频率的连续波模式运行,暗电流小于1 pA,归一化发射度达到亚mm-mrad级,综合性能指标处于领先地位.本文总结DC-SRF电子枪的研究工作,主要内容包括DCSRF-I电子枪、DC-SRF-II电子枪、光阴极与驱动激光等.

关键词：连续波电子源光阴极电子枪高重复频率电子束直流-射频超导电子枪半导体光阴极光阴极驱动激光

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激光加速器中的靶科学与技术

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科学通报 2023年第9期68卷 1047-1053页

作者：马文君北京大学物理学院重离子物理研究所北京100871 核物理与核技术国家重点实验室北京100871 北京激光加速创新中心北京101400

激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着... 详细信息

激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着重介绍北京大学重离子物理研究所研究团队在相关领域取得的进展.通过与纳米科技结合,我们创立发展了碳纳米管靶体系,成功解决了临界密度靶难题;设计并构建双层纳米靶,实现了重离子级联加速过程,解决了短脉冲激光加速重离子/超重离子时高效电离与长时间加速难以兼得的瓶颈问题,创纪录地获得了580 MeV碳离子与1.2 GeV金离子;攻克了高品质靶材批量制备、靶材损伤阈值测控、高精度瞄靶、重频打靶等关键技术,有力推动了激光离子加速器实用化进程.

关键词：粒子加速器激光加速器激光等离子体加速靶科学与技术

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基于实验与模拟相结合的气体样品(n,α)反应截面测量方法研究

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原子能科学技术 2022年第5期56卷 825-834页

作者：胡益伟崔增琪刘杰白浩帆夏聪江浩雨陈金象张国辉北京大学物理学院重离子物理研究所核物理与核技术国家重点实验室北京100871

建立了一套利用屏栅电离室测量快中子诱发气体样品(n,α)反应截面的方法。针对气体样品测量中存在的样品核数确定、中子注量测量、待测事件挑选等问题,本方法首先利用模拟计算结果选择合适的气体样品有效区域,使得事件区尽量无本底覆盖... 详细信息

建立了一套利用屏栅电离室测量快中子诱发气体样品(n,α)反应截面的方法。针对气体样品测量中存在的样品核数确定、中子注量测量、待测事件挑选等问题,本方法首先利用模拟计算结果选择合适的气体样品有效区域,使得事件区尽量无本底覆盖且易于统计;再利用中子准直器和阴极、阳极信号时间信息,分离并统计样品有效区域产生的事件数;最后利用实验测量的^(238)U(n,f)裂变计数和SuperMC模拟结果,得到有效区域内的中子注量。利用该方法在中子能量为4.71、4.87、5.00、5.12、5.29和5.45 MeV的能点系统地测量了^(14)N(n,α_(0))反应的相对截面,结果与ENDF/B-Ⅷ.0符合良好。

关键词： (n,α)反应屏栅电离室共振截面气体样品

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基于能量回收技术的光源——ERL光源

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强激光与粒子束 2022年第10期34卷 98-106页

作者：黄森林刘克新北京大学物理学院重离子物理研究所北京100871 核物理与核技术国家重点实验室北京100871

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未... 详细信息

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状,最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。

关键词：能量回收束流崩溃效应强流注入器强流超导腔能量回收直线加速器光源

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基于载能重离子的超薄薄膜纳米孔制备技术

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科学通报 2023年第9期68卷 1090-1095页

作者：刘子荣李冬娜盛倩苏士皓朱昆薛建明王宇钢北京大学物理学院重离子物理研究所北京100871 北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室北京100871 广东省新兴激光等离子体技术研究院广州510540 中国国际核聚变能源计划执行中心北京100038

超薄薄膜纳米孔材料由于其优异的物理和化学特性,在物理学、生物学、电子学和纳米科学等多学科领域应用潜力巨大.高效、便捷和可控的制孔方法对于获得高品质的纳米孔尤为重要,而载能重离子辐照不仅是一种强大的材料改性手段,也是一种独... 详细信息

超薄薄膜纳米孔材料由于其优异的物理和化学特性,在物理学、生物学、电子学和纳米科学等多学科领域应用潜力巨大.高效、便捷和可控的制孔方法对于获得高品质的纳米孔尤为重要,而载能重离子辐照不仅是一种强大的材料改性手段,也是一种独特的纳米孔制备方法.近年来,北京大学重离子物理研究所在基于载能重离子辐照技术研制超薄薄膜纳米孔技术方面的进展显著,所用材料包括传统有机高分子膜与新型二维材料.本文主要从核径迹刻蚀有机薄膜纳米孔的制备技术和二维材料纳米孔制备技术两方面展开介绍,分别阐述了这两种技术的制孔方法、改性方法和对应的纳米孔材料在能量转化、分子检测、离子运输、纳米流体等领域的应用,为进一步深入研究载能重离子制备其他人工固态纳米孔提供了参考.

关键词：重离子辐照核径迹纳米孔

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EAST上中性束注入和离子回旋共振加热下快离子分布函数层析反演

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物理学报 2023年第21期72卷 64-73页

作者：孙延旭黄娟高伟常加峰张伟史唱李云鹤中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 北京大学核物理与技术国家重点实验室北京100871

聚变等离子体中快离子分布函数的速度空间层析反演(tomography)是研究磁约束核聚变装置中快离子分布和输运的重要手段.在东方超环(experimental advanced superconducting tokamak,EAST)中性束注入(neutral beam injection,NBI)与离子... 详细信息

聚变等离子体中快离子分布函数的速度空间层析反演(tomography)是研究磁约束核聚变装置中快离子分布和输运的重要手段.在东方超环(experimental advanced superconducting tokamak,EAST)中性束注入(neutral beam injection,NBI)与离子回旋共振加热(ion cyclotron range of frequencies heating,ICRF)协同加热实验中,快离子诊断测量信号以及TRANSP模拟获得的快离子分布函数中观测到协同效应产生的高于中性束注入能量的高能粒子.为了研究快离子分布行为,获得不同加热条件下诊断测量的快离子分布函数,采用不同的正则化方法,增加先验信息以及将快离子D_(α)光谱诊断(fast-ion D_(α)spectroscopy,FIDA)与中子发射谱仪(neutron emission spectrometers,NES)相结合等方式,有效提高快离子诊断信噪比以及在速度空间权重覆盖率,实现在单独NBI加热以及NBI和ICRF协同加热条件下基于诊断测量的层析反演,获得真实可靠的快离子分布函数.这为下一步提高NBI与ICRF协同加热效率,研究协同加热机制以及相关的快离子分布和输运行为奠定基础.

关键词：速度空间层析反演快离子 D_(α) 光谱诊断中性束注入离子回旋共振加热

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^(234)U裂变的五维势能曲面计算

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原子能科学技术 2022年第5期56卷 888-895页

作者：朱鑫王智明罗昶恺倪磊钟春来樊铁栓集美大学理学院福建厦门361021 北京大学物理学院重离子研究所核物理与核技术国家重点实验室北京100871

本工作基于连接二次曲面的形状描述+LSD(Lublin-Strasbourg drop)公式+折叠汤川势建立了宏观-微观模型。对^(234)U裂变,计算了具有5906250个格点的五维势能曲面,然后通过搜索势能曲面得到了对称裂变和非对称裂变两个裂变通道,给出了裂... 详细信息

本工作基于连接二次曲面的形状描述+LSD(Lublin-Strasbourg drop)公式+折叠汤川势建立了宏观-微观模型。对^(234)U裂变,计算了具有5906250个格点的五维势能曲面,然后通过搜索势能曲面得到了对称裂变和非对称裂变两个裂变通道,给出了裂变势垒高度以及鞍点和断点等特殊位置的原子核形状。

关键词：宏观-微观模型势垒高度鞍点五维势能曲面

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原子核链式α结团结构及其动力学的协变密度泛函理论研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第9期54卷 46-56页

作者：张丹丹任政学赵鹏巍北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室北京100871 于利希研究中心原子核物理所和高等计算所德国于利希D-52425 波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所德国波恩D-53115

本文回顾了基于协变密度泛函理论研究原子核链式α结团结构及其动力学的现状.协变密度泛函理论以核子为基本自由度,可以自洽地给出具有α结团现象的原子核链式结团结构.结合推转平均场方法,相关研究揭示了碳同位素链式结团结构中自旋和... 详细信息

本文回顾了基于协变密度泛函理论研究原子核链式α结团结构及其动力学的现状.协变密度泛函理论以核子为基本自由度,可以自洽地给出具有α结团现象的原子核链式结团结构.结合推转平均场方法,相关研究揭示了碳同位素链式结团结构中自旋和同位旋的相干效应.随着转动频率的增加,中子的σ轨道(平行于对称轴的轨道)的能量在科氏力作用下降低,进而被价中子占据,预示着链式结构更容易在丰中子原子核的高角动量态中发现.类似的现象同样出现在丰质子的3α和4α链式结团结构中,并且价质子能在更低的角动量下占据质子的σ轨道.三维格点空间的协变密度泛函理论研究表明:转动频率在2.0–3.5 MeV区间内,12C中的链式结团结构是位能面上的极小,表现出对弯曲运动和裂变的稳定性.进一步,含时协变密度泛函理论给出了^(4)He+^(8)Be和^(4)He+^(10)Be共振散射形成^(12)C和^(14)C链式结团结构的动力学过程,并发现价中子的动力学同位旋效应减缓了结团的纵向振荡,使得形成的^(14)C链式结团结构有更长的寿命.

关键词：协变密度泛函理论原子核结团链式结团结构原子核转动共振散射

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基于白光中子源的^(197)Au中子辐射俘获截面测量及共振参数分析

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物理学报 2024年第7期73卷 104-113页

作者：罗淏天张奇玮栾广源王晓宇邹翀任杰阮锡超贺国珠鲍杰孙琪黄翰雄王朝辉吴鸿毅顾旻皓余滔解立坤陈永浩安琪白怀勇鲍煜曹平陈昊磊陈琪萍陈裕凯陈朕崔增琪樊瑞睿封常青高可庆韩长材韩子杰何泳成洪杨黄蔚玲黄锡汝季筱璐吉旭阳蒋伟江浩雨姜智杰敬罕涛康玲康明涛李波李超李嘉雯李论李强李晓李样刘荣刘树彬刘星言穆奇丽宁常军齐斌斌任智洲宋英鹏宋朝晖孙虹孙康孙晓阳孙志嘉谭志新唐洪庆唐靖宇唐新懿田斌斌王丽娇王鹏程王琦王涛峰文杰温中伟吴青彪吴晓光吴煊羊奕伟易晗于莉于永积张国辉张林浩张显鹏张玉亮张志永赵豫斌周路平周祖英朱丹阳朱科军朱鹏朱兴华中国原子能科学研究院核数据重点实验室北京102413 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803 核探测与核电子学国家重点实验室北京100049 中国科学技术大学近代物理系核探测与核电子学国家重点实验室合肥230026 北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室北京100871 中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳621900 西北核技术研究院西安710024 中国科学院大学北京100049 中国科学技术大学工程与应用物理系合肥230026 北京航空航天大学物理学院北京100083 华能山东石岛湾核电有限公司荣成264312

中子辐射俘获反应在反应堆运行、核装置设计及核天体物理研究中起重要的作用.4πBaF_(2)探测装置有着高时间分辨能力、低中子灵敏度、高探测效率等优点,适合开展中子辐射俘获反应截面数据的测量.中国原子能科学研究院核数据重点实验室... 详细信息

中子辐射俘获反应在反应堆运行、核装置设计及核天体物理研究中起重要的作用.4πBaF_(2)探测装置有着高时间分辨能力、低中子灵敏度、高探测效率等优点,适合开展中子辐射俘获反应截面数据的测量.中国原子能科学研究院核数据重点实验室建立了伽马全吸收装置(Gamma total absorption facility,GTAF),该装置用28块六棱BaF_(2)晶体和12块五棱BaF_(2)晶体构成了外径25 cm,内径10 cm的球壳,覆盖了95.2%的立体角.利用GTAF在中国散裂中子源Back-n束线上,测量了197Au(n,γ)的反应截面数据.测量数据通过能量筛选、PSD方法、晶体多重性筛选进行了初步本底扣除,随后结合对^(nat)C及空样品的测量数据对本底进行了分析及扣除,获得了197Au俘获反应的产额,利用SAMMY程序拟合得到了^(197)Au在1—100 e V的共振能量、中子共振宽度和伽马共振宽度参数.实验测量结果与ENDF/B-VIII.0数据库符合良好,其共振参数存在一定差异,分析原因可能与GTAF能量分辨率、Back-n的中子能谱测量精度、以及实验本底扣除方法相关,这也是下一步工作的重点.

关键词：中子辐射俘获截面共振参数白光中子源伽马全吸收装置

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复空间第一性原理有效算符研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第5期55卷 60-72页

作者：许志成王思敏许甫荣复旦大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室国家自然科学基金委-上海核物理理论研究中心复旦大学北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室中国科学院近代物理研究所南方核科学中心

核物理第一性原理计算(Ab Initio, First Principle)在近30年来取得了长足的发展,是当今理论核物理研究的先进方法.它从能够高精度复现核子-核子散射数据的现实核力出发,实现了对原子核结构的精确描述,并给出了可靠预言.对远离原子核β... 详细信息

核物理第一性原理计算(Ab Initio, First Principle)在近30年来取得了长足的发展,是当今理论核物理研究的先进方法.它从能够高精度复现核子-核子散射数据的现实核力出发,实现了对原子核结构的精确描述,并给出了可靠预言.对远离原子核β稳定线的弱束缚和非束缚奇异原子核的研究是目前核物理领域研究的前沿,研究这些奇异原子核需要合适地考虑共振态、连续态带来的影响.复空间第一性原理多体微扰理论结合了手征有效场论现实核力和能自洽包含连续态效应的Berggren基,实现了对这些奇异原子核结构的合理描述.为研究连续态效应对滴线区原子核可观测量的影响,在复空间第一性原理计算的多体方法基础上发展出了能自洽考虑价空间和补空间中关联的有效算符方法.这是国际上首次将共振与连续态耦合包含在价空间有效算符的计算中,能自洽地描述滴线区不稳定原子核的能谱、β衰变及其他可观测量.在此基础上,对连续态效应与手征现实核力对原子核能谱、β衰变、电磁跃迁等一系列可观测量的综合影响进行了深入研究.本文综述了复空间第一性原理有效算符研究方面取得的进展.

关键词：第一性原理有效算符共振态连续态滴线区原子核

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