当前位置: 首页 > 研究领域 > 实验终端

高精度环形谱仪SRing
发布时间:2017-03-29 23:01  访问量:276

  高精度环形谱仪Spectrometer Ring(SRing)是HIAF系统的核心之一,是获取高品质放射性次级束、高电荷态稳定重离子束并将束流用于原子物理实验及原子核物理实验的关键设备。SRing接收来自HFRS打靶产生的放射性次级束和在HFRS剥离产生的高电荷态稳定重离子束。SRing磁铁的最大磁刚度15 Tm,可以接收3.6 GeV的质子束,1.5 GeV/u的12C6+束,1.0GeV/u的238U92+束。

  SRing有三种运行模式:等时性模式,正常模式,内靶模式。特殊光学设置的等时性模式是测量短寿命(几十微秒)放射性核素质量的重要途径。在等时性模式下,SRing中安装的两个飞行时间探测器TOF(Time of Flight)将大大提高质量测量的精度。高阶项校正配合两个TOF探测器及正在研发中的新型位置灵敏探测器将质量测量精度提高到10-7量级。SRing将采用温铁超导类型的二极铁,其曲率半径7.5米,最大磁场强度可以达到2 T。为了质量测量精度达到10-7水平,要求SRing的二极铁电源纹波ΔI/I≤2×10-5,所有磁铁的磁场均匀性ΔB/B≤1.0×10-4。为SRing研发的新型飞行时间探测器,其孔径达到Ф60 mm,时间测量精度达到35 ps,电子传输效率达到98%。

  正常模式下,SRing将利用电子冷却和随机冷却装置来快速降低束流的动量分散及发射度来制备高品质的放射性次级束,并将这些高品质放射性次级束用于较长寿命(几秒)核素的质量测量。除此以外,还可以将这些放射性次级束引出用于轰击外靶。由于随机冷却的冷却时间与注入束的初始动量分散有很大关系,要想快速冷却放射性束必须使用束团旋转及绝热散束来降低注入束的初始动量分散。用于束团旋转的50 kV高频腔将采用梯度场比较高的磁合金腔。

  内靶模式下,电子冷却装置冷却后的高电荷态稳定重离子束将用于电子靶实验,气体内靶实验,激光冷却实验等。原子物理实验有时需要低能高电荷态的稳定重离子束。带电离子的剥离效率和离子的能量有关系,一般而言能量越高其剥离效率也就越高。为了得到较高的剥离效率,同时可以使用低能量的重离子束进行原子物理实验,就需要在SRing中对高电荷态、高能量的重离子进行减速。SRing磁铁的Ramping速率设计值为0.5 T/s,可以快速的将能量为1.0GeV/u的238U92+快速减速到30 MeV/u。在减速的过程中,为防止束流的品质变差而发生束流损失,需要一直使用电子冷却装置对重离子束进行冷却。同时在内靶实验的过程中,由于重离子束与气体团簇靶发生碰撞而发生能量损失,那么就必须需要使用Barrier Bucket腔对重离子束进行能量补偿。

  SRing由磁聚焦结构、注入系统、引出系统、电子冷却装置、随机冷却装置、真空元件、束流诊断元件和探测器系统组成。SRing总体布局如图1所示, SRing的主要参数和各模式下的束流参数见表1、表2。

表1 SRing储存环主要参数列表

7dc2d1c0ac64fae05b296ff6ddd34e54.jpg

表2 SRing储存环束流参数列表

cc0231257a82da42c2a8b93c7fa14b60.jpg


745cfbc89c35d426c0c0c1692a67600c.jpg

1 SRing总体布局图(红色、蓝色、橙色方块分别代表二极铁、四极铁、六极铁)