《荷电粒子加速器原理》求取 ⇩

第一章绪论1

1.1 加速器及其发展概况1

1.2 加速器作为辐射源的特点及其用途4

1.2.1 加速器作为辐射源的特点5

1.2.2 加速器的应用5

1.3 加速器的分类7

1.4 加速粒子的动力学特性参量8

1.4.1 速度和相对速度8

1.4.2 质量、能量和束流功率8

1.4.3 动量P和磁刚度G10

第一章习题11

第二章高压加速器12

2.1 高压加速器基本组成及原理12

2.1.1 高压加速器的组成机构及其作用12

2.1.1.1 加速粒子的产生和发射机构——离子源或电子枪13

2.1.1.2 粒子运动空间——含真空加速室的真空系统13

2.1.1.3 粒子加速机构——高压电极、电场系统14

2.1.1.4 粒子加速后的引用机构15

2.1.1.5 束流测量及反馈控制系统15

2.1.2 提高主体耐压的措施15

2.1.2.1 设置高压球壳15

2.1.2.2 采用高压气体——密封钢筒式结构16

2.1.2.3 采用均压措施18

2.1.2.4 加速管内部放电、击穿问题的进一步解决21

2.1.3 加速粒子横向稳定性23

2.1.4 粒子源26

2.1.4.1 基本要求27

2.1.4.2 电子枪28

2.1.4.3 离子源30

2.1.5 加速粒子的引用机构——电、磁偏转装置及靶室32

2.1.5.1 磁分析器32

2.1.5.2 静电分析器33

2.1.5.3 靶33

2.2 倍压加速器34

2.2.1 高压倍加器的倍压原理35

2.2.2 载荷状态下的电压波动及降落37

2.2.2.1 电压波动及降落的原理37

2.2.2.2 充放电循环过程分析37

2.2.2.3 电压波动及降落值的计算38

2.2.3 减少电压波动和降落的途径41

2.2.4.1 加速粒子种类43

2.2.4.2 能量特性43

2.2.4 倍压加速器性能特点43

2.2.4.3 流强特性和功率输出44

2.2.5 结构特点44

2.2.6 应用和发展现状44

2.2.7 其他倍压型高压发生器45

2.2.7.1 绝缘芯变压器45

2.2.7.2 高频高压发生器45

2.2.7.3 脉冲高压发生器47

2.3.1 静电高压发生器的工作原理48

2.3 静电加速器48

2.3.1.1 充电原理50

2.3.1.2 最大充电电流51

2.3.1.3 输电系统的改进52

2.3.2 静电加速器的性能特点53

2.3.2.1 加速粒子种类53

2.3.2.2 能量特性53

2.3.2.3 束流强度特性54

2.3.3 静电加速器结构特点54

2.3.4 发展现状和展望54

2.3.5 串列式静电加速器54

2.3.5.1 工作原理与发展概况54

2.3.5.2 负离子源和电子剥离器56

第二章习题57

第三章感应加速器58

3.1 带电粒子在电磁场中的运动方程58

3.2 感应加速器工作原理59

3.3 电子在恒定轨道上加速的条件61

3.4 粒子的横向运动稳定性63

3.4.1 轴向运动稳定条件63

3.4.2 径向运动稳定条件64

3.4.3 横向振荡方程的解66

3.4.4 横向振荡的振荡能及振幅比66

3.4.5 加速过程中横向振荡的衰减67

3.4.6 磁场分布辐向不均匀时“封闭轨道”的畸变70

3.4.7 横向运动中的共振现象71

3.5 感应加速器中电子的入射和俘获过程72

3.5.1 动量差异引起“封闭轨道”的分散73

3.5.2 非平衡电子的“封闭轨道”的变化73

3.5.3 三种典型的入射俘获过程75

3.5.4 俘获电子束的极限强度75

3.6 电子的辐射效应对感应加速运动的影响77

3.8 感应加速器的结构特点78

3.7.3 流强特性78

3.8.1 磁极和磁轭78

3.7.1 加速粒子种类78

3.7.2 能量特性78

3.7 感应加速器的性能特点78

3.8.2 环形加速匣(室)80

3.8.3 电子枪80

3.8.4 束流偏移和引出装置81

3.9 现状和发展81

第三章习题81

第四章回旋加速器83

4.1 经典回旋加速器83

4.1.1 发展由来——回旋共振加速方法的提出83

4.1.2 回旋加速器的工作原理84

4.1.2.1 回旋加速器的基础——拉摩定律85

4.1.2.2 共振加速条件86

4.1.2.3 加速粒子的能量86

4.1.2.4 加速粒子的轨道形状87

4.1.3.1 轴向电聚焦力88

4.1.3 横向电磁聚焦作用88

4.1.3.2 轴向磁聚焦力91

4.1.3.3 电磁总聚焦效应91

4.1.4 回旋加速器中的相移现象92

4.1.4.1 加速相位的定义92

4.1.4.2 中心区加速时的相聚现象93

4.1.4.3 回旋加速过程相移产生的原因93

4.1.4.5 相移公式94

4.1.4.4 保持常频回旋加速要求的准确共振磁场94

4.1.4.6 极限能量和阈电压96

4.1.5 结构特点98

4.1.5.1 磁铁系统98

4.1.5.2 D形电极和真空室99

4.1.5.3 偏转电极101

4.1.7 发展现状102

4.1.6.3 束流强度102

4.1.6.1 加速粒子种类102

4.1.6.2 能量特性102

4.1.6 性能特点102

4.2 等时性回旋加速器103

4.2.1 等时性条件104

4.2.2 径向扇型(托马斯型)回旋加速器105

4.2.2.1 磁场分布形式105

4.2.2.2 粒子的轨道形状和聚焦106

4.2.2.3 加速粒子能量的限制108

4.2.3 螺旋扇型回旋加速器109

4.2.3.1 磁场分布形式109

4.2.3.2 粒子轨道形状和聚焦110

4.2.3.3 粒子能量的限制112

4.2.4 分离扇型回旋加速器112

4.2.5 不同中心张角的D型电极在等时性回旋加速器中的应用114

4.2.6 发展现状117

第四章习题118

第五章自动稳相式准共振加速器119

5.1 准共振加速条件及实现准共振加速的途径120

5.1.1 自动稳相式准共振加速器的共同特点120

5.1.2 准共振加速条件121

5.1.3 实现同步加速的不同途径122

5.2 自动稳相原理126

5.2.1 自动稳相基本原理及典型的相运动过程126

5.2.2 相振荡方程及相振荡规律129

第五章习题133

第六章回旋型准共振加速器134

6.1 稳相加速器——频率调变法准共振加速器134

6.1.1 工作原理及调频规律134

6.1.2 相运动特点及最佳平衡相位136

6.1.2.1 入射相位136

6.1.2.2 稳定平衡相位为+？，在0°到90°之间136

6.1.2.3 存在最佳平衡相位？°136

6.1.3 结构特点138

6.1.4 性能特点142

6.1.5 现状和发展趋向143

6.2 电子回旋加速器——倍频系数调变法共振加速器144

6.2.1 工作原理144

6.2.2 共振加速条件及基本参数的选择145

6.2.3 相运动的特点147

6.2.4 结构特点148

6.2.4.1 电磁铁和真空室148

6.2.4.2 谐振腔和注入机构149

6.2.4.3 引出机构149

6.2.5 性能特点150

6.2.5.1 加速粒子种类150

6.2.5.2 能量特性150

6.2.5.3 束流强度特性150

6.2.6 发展概况150

7.1 同步加速器——磁场调变法准共振加速器153

7.1.1 工作原理及同步加速条件153

第七章环型准共振加速器153

7.1.2 磁场、频率调节规律155

7.1.2.1 调磁规律155

7.1.2.2 调频规律156

7.1.3 相运动的特点157

7.1.3.1 稳定平衡相位落在0°—90°之间157

7.1.3.2 最佳平衡相位？°157

7.1.3.3 辐射损失对相运动的影响157

7.1.4.1 电子同步加速器的起动158

7.1.4 同步加速器的起动(或预加速)问题158

7.1.4.2 质子同步加速器的起动159

7.1.5 结构特点159

7.1.5.1 电磁铁159

7.1.5.2 加速系统160

7.1.5.3 粒子束的引用系统161

7.1.7.1 电子同步加速器162

7.1.7 发展概况和实例162

7.1.6.3 束流强度特性162

7.1.6.2 能量特性162

7.1.6.1 加速粒子种类162

7.1.6 性能特点162

7.1.7.2 质子同步加速器163

7.2 强聚焦原理及其在环型加速器中的应用165

7.2.1 强聚焦原理及光学模型165

7.2.2 强聚焦四极透镜系统168

7.2.3 强聚焦同步加速器171

7.2.3.1 粒子在交变梯度磁场中的运动方程及其转换矩阵172

7.2.3.2 交变梯度聚焦运动方程的两个独立的周期性解174

7.2.3.3 周期聚焦系统的稳定性条件和稳定区图175

7.2.3.4 强聚焦环型加速器中的共振现象176

7.2.3.5 强聚焦环型加速器中的跳相现象及临界能量178

7.2.3.6 强聚焦同步加速器的结构特点和性能特点181

7.2.3.7 发展概况183

7.2.4 增强器185

7.2.5 储存环187

7.2.6 同步辐射光源189

7.2.7 对撞机192

7.2.7.1 对撞原理193

7.2.7.2 对撞机的实施方案194

7.2.7.3 对撞亮度195

7.2.7.4 发展现状和实例196

第七章习题201

第八章直线型准共振加速器202

8.1 驻波直线共振加速器204

8.1.1 漂移管式驻波直线加速器结构及基本原理204

8.1.2 共振加速条件及漂移管长度的变化规律205

8.1.3 相运动的特点及其与束流聚焦的矛盾206

8.1.4 均匀单周期加速结构206

8.1.4.1 单周期结构的色散关系207

8.1.4.2 单周期加速结构内在的效率和稳定性之间的矛盾208

8.1.5 第二代驻波加速结构——双周期结构209

8.1.5.1 轴耦合结构210

8.1.5.2 边耦合结构211

8.1.5.3 环耦合结构211

8.1.5.4 盘圈加速结构212

8.1.5.5 驻波加速腔腔形的优化213

8.1.6 双周期驻波加速器相运动特点及纵向动力学计算215

8.1.7 双周期驻波加速器粒子束的聚焦及横向动力学计算217

8.1.8 交插式高梯度边耦合结构218

8.1.9 驻波直线加速器的性能特点219

8.1.10 发展概况和实例220

8.2 行波直线加速器222

8.2.1 行波加速原理223

8.2.2 同步加速条件224

8.2.3 电磁波在自由空间及光滑波导中的传播225

8.2.3.1 电磁波在无限自由空间中的传播225

8.2.3.2 电磁波在光滑波导中的传播226

8.2.4.1 盘荷波导基本结构和作用228

8.2.4.2 延迟线和盘荷波导的类比228

8.2.4 盘荷波导慢波结构228

8.2.4.3 传播慢波的边界条件及在盘荷波导中的体现230

8.2.4.4 盘荷波导加速管的某些高频特性232

8.2.5 相运动的特点及对聚束段的要求233

8.2.5.1 稳定平衡相位落在波前侧233

8.2.5.2 随着粒子速度趋近光速相运动趋于停滞233

8.2.5.3 相会聚任务的提出及聚束段的作用234

8.2.6.1 相稳定性和聚焦的矛盾236

8.2.6 径向运动——横向稳定性和聚束问题的解决236

8.2.6.2 各种径向力的分析237

8.2.6.3 外加纵向磁场的聚焦作用及临界磁场强度240

8.2.7 性能特点242

8.2.7.1 加速粒子种类242

8.2.7.2 能量特性242

8.2.7.3 束流强度243

8.2.8 发展概况和实例243

8.2.9 螺旋线波导慢波结构——离子行波直线加速器245

8.3 射频四极场加速器(RFQ)246

第九章粒子加速技术发展的回顾和展望248

9.1 由加速器发展的回顾看不同加速器的内在联系248

9.2 当前国际上加速器发展的趋势250

9.3 尚在探索中的新型加速器原理251

9.4 一项崭新的加速器高科技的崛起——自由电子激光器FEL252

9.5 国内加速器发展的展望254

附录256

Ⅰ.回旋加速器和稳相加速器中粒子在中心区域的运动方程256

Ⅱ.粒子加速周期和能量间关系的推导258

Ⅲ.相迹方程？(？)的推导260

Ⅳ.电子回旋加速器的相运动方程的推导261

Ⅴ.周期聚焦系统参数μ的表示式263

Ⅵ.非平衡粒子封闭轨道系数aL的计算265

Ⅶ.相对运动粒子间有效作用能的推导269

Ⅷ.幅向运动方程与磁场的面平均值？x关系式的推导270

本书主要符号一览表272

参考文献274