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目录1

第一章粒子动力学基础1

1-1束流的基本概念1

1-2以时间作为独立变量的粒子动力学方程2

1-2-1从牛顿（Newton）方程推导拉格朗日（Lagrange）方程2

1-2-2哈密顿（Hamilton）原理4

1-2-3哈密顿正则方程4

1-3以纵向位置坐标作为独立变量的粒子动力学方程5

1-3-1欧拉－拉格朗日（E-L）方程的新形式6

1-3-2哈密顿正则方程的新形式6

1-4刘维（Liouville）定理及其在束流传输中的应用7

1-4-1束流相空间7

1-4-2刘维（Liouville）定理8

1-4-3刘维定理在束流传输中的应用11

1-5位置－斜率束流相空间13

1-6六维相空间中相点的传输方程14

2-1束流的发射相图18

第二章发射度和亮度18

2-2发射度19

2-3亮度23

2-4发射度的测量27

2-4-1测量二维投影密度的双缝法27

2-4-2测量四维投影密度的多孔道法28

2-4-3相图仪的改进28

3-1椭圆束流相空间的传输理论30

3-1-1束流相椭圆30

第三章束流相空间的线性传输理论30

3-1-2椭圆束流相空间的传输理论32

3-2归一化粒子轨迹方程与束流相椭圆的线性变换33

3-3一阶传输矩阵的两种表示形式36

3-3-1传输矩阵的振幅函数表示式36

3-3-2传输矩阵的束流向量表示式36

3-4束流包络线方程37

3-5腰－腰传输40

3-6接受相图与接受度43

3-7 凸多边形束流相空间的传输理论45

3-8凸闭曲线束流相空间的传输理论46

第四章轴对称静电透镜49

4-1 静态电磁场中粒子轨迹方程的一般形式49

4-2轴对称静电透镜的传输矩阵50

4-3几种简单透镜的传输矩阵52

4-3-1均匀加速场52

4-3-2无限窄加速间隙52

4-3-3薄透镜53

4-4静电透镜传输矩阵的光学参量表示54

4-5静电透镜光学参量的传输矩阵元素表示58

4-6等梯度加速管59

4-7静电透镜系统中束腰与物、像之间的关系62

4-8静电透镜场中束流包络线方程65

4-9固定靶位最小束径与束腰的关系66

第五章磁透镜69

5-1磁透镜的传输矩阵69

5-2磁透镜传输矩阵的光学参量表示72

5-3螺线管透镜的传输矩阵73

5-4束流在磁透镜中的传输特性分析75

5-5磁透镜场中束流包络线方程77

6-1四极透镜中旁轴粒子轨迹方程79

6-1-1静电四极透镜79

第六章四极透镜79

6-1-2磁四极透镜80

6-2四极透镜的传输矩阵82

6-3四极透镜的光学参量83

6-3-1光学参量83

6-3-2薄透镜近似及等效表达式83

6-4-1聚焦平面中的相图变化84

6-4束流在四极透镜中的传输特性分析84

6-4-2散焦平面中的相图变化85

6-4-3束流包络87

6-4-4四极透镜的接受相图87

6-5四极透镜组88

6-5-1二单元四极透镜88

6-5-2三单元四极透镜90

6-6四极透镜的双成腰条件91

6-7-1极面形状93

6-7-2激励安匝数NI和极上电压的计算93

6-7四极透镜设计中的几个问题93

6-7-3四极透镜的有效长度94

6-7-4电四极透镜与磁四极透镜的比较94

6-7-5设计方法95

6-8四极透镜周期系统的束流传输特性分析96

6-8-1四极透镜周期结构96

6-8-2希尔（Hill）方程97

6-8-3 Twiss矩阵97

6-8-4稳定区98

6-8-5束流在四极透镜周期场中的传输特性分析100

第七章束流偏转与电磁场分析器103

7-1偏转磁铁103

7-2参考粒子垂直入射与出射时，扇形磁铁的一阶传输矩阵104

7-2-1水平方向的传输矩阵105

7-2-2垂直方向的传输矩阵107

7-3参考粒子倾斜入射与出射时，扇形磁铁的一阶传输矩阵107

7-3-1 水平方向的运动107

7-4扩展边缘场效应109

7-3-2垂直方向的运动109

7-4-1边缘场曲线及等效边界110

7-4-2边缘场中粒子轨迹的计算111

7-5色散效应与磁分析器的质量分辨率114

7-6色散匹配与消色散117

7-7均匀场磁分析器的接受相图119

7-8偏转磁铁的双成腰条件121

7-9静电偏转器与静电分析器122

7-10正交电磁场分析器125

8-1脉冲束流的概念128

第八章脉冲束流的传输128

8-2常用传输部件中粒子的纵向运动与六维传输矩阵129

8-3射频扫描切割器138

8-4射频间隙聚束器141

8-5射频聚束间隙的传输矩阵146

8-6六维束流相空间147

8-6-1六维超椭球147

8-6-2六维椭球对一维子空间的投影148

8-6-3六维椭球对二维子空间的投影149

8-6-5六维传输矩阵的分类150

8-6-4六维发射度150

8-7-1六维椭球的传输方程151

8-7六维相空间的传输理论151

8-7-2六椎相空间中束流的传输特性分析153

第九章强流束的传输理论157

9-1带电粒子束的空间电荷场157

9-2粒子在相空间中的分布159

9-2-1 K-V分布160

9-2-2超椭球内均匀分布161

9-2-4高斯分布162

9-2-3抛物线分布162

9-3强流粒子束的包络线方程164

9-3-1 K-V包络线方程164

9-3-2方均根包络线方程165

9-4考虑空间电荷效应时强流束的发散167

9-5强流束的最佳聚焦169

9-5-1强流束包络线分析169

9-5-2强流粒子束的最佳聚焦条件170

9-5-3最佳聚焦通用关系曲线171

9-6差分传输矩阵172

9-7空间电荷效应的补偿174

9-8空间电荷透镜175

9-9强流束静电偏转扫描器180

第十章非线性束流传输理论介绍182

10-1统计束流相空间概述182

10-2研究非线性束流传输问题的矩方法183

10-3统计束流相空间的二阶传输方程186

10-4-1均匀场磁分析器的二阶传输矩阵187

10-4均匀场磁分析器和磁四极透镜的二阶传输矩阵187

10-4-2磁四极透镜的二阶传输矩阵191

习题194

附录：202

附录A N维超椭球体积的计算202

附录B六维相空间对一维，二维子空间的投影204

附录C椭圆截面粒子束的空间电荷场210

附录D带电椭球的空间电荷场215

附录E高斯分布函数中高次矩的计算218

参考文献220