加速器物理基础

章节摘录

　　第一台原型超导电子直线加速器是美国斯坦福大学在1964年建造的，它是在铜上镀铅的3腔结构，将电子从80keV加速到了500keV，加速梯度约3MV/m。后来他们又建造了一台，其加速梯度为3.8MVlm，可将电子能量加速到6.6MeV，平均流强50uA，能散度约10-3，射频功耗仅4W。　　在电子超导直线加速器的发展中，它还常同其他类型的电子加速器结合在一起，从而大大提高了它们的性能、指标，推进了它们的发展。在本书第十章的电子回旋加速器中，就将介绍两台美国在20世纪70年代建造的，采用超导电子直线加速器的电子回旋加速器。一台是斯坦福大学的利用38.5MeV超导直线加速器，将注入能量为7MeV的电子束经2次加速后使能量达到84MeV，并再增加轨道数可达280MeV的电子回旋加速器。它在CW运行下的平均流强可达20～100uA。另一台是美国伊利诺伊大学的电子回旋加速器。它采用12MeV超导电子直线加速器，将注入的3MeV电子束经6次加速后达到72MeV能量，这些电子回旋加速器都采用了超导电子直线加速器而使加速能量、流强和品质大幅得到提高。　　现在以一台在1994年投入运行的美国著名的杰斐逊国家加速器实验室（JLab）建造的1.497GHz连续波（CW）运行、平均流强为50uA的4GeVCEBAF超导电子直线加速器为例，来介绍超导电子直线加速器，其整个装置见图9.32。它由两台400MeV的超导电子直线加速器主加速器和轨道上的偏转、束流部件组成。电子束每转一圈经两台加速器后共加速两次，能量增益为800MeV，经过5圈后即达到4GeV的能量，电子由100keV的电子枪进入其后的一台作为注入器的45MeV超导电子直线加速器，再进入两台400MeV加速器。注入器和两台主加速器分别由18组腔和总共320个加速腔组成，每个加速腔均为5单元的椭圆形腔，其形状、加速电场和等效电路见图9.33。它的加速腔由铌材制成放在2K的低温容器中。每个腔的有效加速长度为0.5m，由一台5kW的速调管供给射频功率，平均加速场梯度为5MV／m，能量增益为2.5MeV，Q0＝2.4×109。椭圆形腔体形状的优化除满足工作频率等设计要求外，还应使得腔表面处的磁场Hs低于临界磁场值，电场Es对腔轴上加速电场平均值Ea的比值即Hs/Ea和Es/Ea低，从而使运行时不至于出现失超和电子发射等不稳定状态。多单元腔的色散、模式等特性，可用本章前面介绍的多单元耦合腔链等效电路进行分析和研究。　　……

内容概要

陈佳洱 北京大学物理学院教授．中国科学院院士，第三世界科学院院士。1954年毕业于吉林大学。1996年8月至1999年12月任北京大学校长，1999年12月至2005年12月任国家自然科学基金委员会主任、党组书记。曾任中国物理学会理事长，北京市科协主席，中国科学院数理学部主任，亚太物理学会联合会理事长。现为全国政协十届常委，国家自然科学基金委员会顾问，国务院学位委员会委员。

书籍目录

第一章绪论

第一节加速器的基本构成

第二节加速器的发展概况

第三节加速器的分类

第四节加速器的应用

第五节粒子运动参量的相对论表述

参考文献

第二章带电粒子源

第一节带电粒子束的主要参数

一、能散度

二、发射度

三、亮度

第二节离子源的工作原理与结构

一、对离子源的要求

二、离子源的工作原理及主要组成部分

第三节离子源的主要类型

一、离子源的分类

二、加速器中几种常用的离子源

第四节电子和正电子源

一、电子枪

二、正电子源

参考文献

第三章高压加速器

第一节概述

第二节高压发生器

一、串激倍压电源

二、静电起电机

三、几种大电流高压发生器

四、强脉冲高压发生器

第三节高压电场与绝缘介质

一、绝缘介质

二、高压电极系统

三、绝缘支柱

四、高压击穿

第四节加速管

一、加速管的基本结构与光学特性

二、真空击穿

三、几种高梯度加速管

四、加速管的锻炼

第五节高压加速器的其他技术

一、电压和能量的测量与稳定

二、电子剥离

三、束流的输运、聚焦与脉冲化

第六节典型高压加速器及其应用

一、倍压加速器

二、静电加速器

三、几种大功率高压加速器

四、强脉冲加速器

参考文献

第四章带电粒子在恒定磁场中的运动与聚焦

第一节粒子的封闭轨道和运动方程

一、粒子的封闭轨道

二、带电粒子在恒定电磁场中的运动方程

第二节带电粒子在均匀磁场中的运动方程

一、拉莫尔定理

二、粒子特性参数与磁场参数间的关系

第三节带电粒子在常梯度磁场中的运动

——磁场的弱聚焦作用

一、横向运动方程

二、横向运动的稳定条件

三、自由振荡的频率与振幅

四、自由振荡振幅的衰减

五、粒子动量分散与轨道分散

六、磁场畸变与强迫振荡

第四节带电粒子在交变梯度磁场中的运动——磁场的强聚焦作用

一、强聚焦原理的提出与光学模型

二、强聚焦四极透镜系统及其离子光学特性

三、带电粒子在不同磁场元件中的运动及其转换矩阵

四、带电粒子在周期交变梯度磁场聚焦结构中的运动

附录粒子横向运动稳定性的实例

参考文献

第五章感应型加速器

第二节电子感应加速器工作原理

一、感应涡旋电场与电子的加速

二、电子感应加速器的平衡轨道

三、电子感应加速器中电子的横向运动

四、电子的注入、俘获与偏移、引出

五、辐射对电子运动的影响

第二节电子感应加速器的结构

一、电磁铁

二、真空室

三、电子枪

四、同步线路

第三节电子束的性能及电子感应加速器的应用

一、电子束的性能

二、电子感应加速器的应用

第四节直线感应加速器

—、原理

二、结构

三、特点和应用

参考文献

第六章回旋加速器

第一节前言

第二节经典回旋加速器

一、工作原理

二、电磁场的聚焦

三、相位滑移与加速器的能量上限

第三节等时性回旋加速器原理

一、等时性磁场

二、扇形磁场中离子的运动

第四节离子在中心区和引出区的运动

一、中心区

二、离子束的引出

第五节高频与磁铁系统

一、高频系统

二、磁铁系统

第六节回旋加速器的发展概况和实例

一、小尺寸等时性回旋加速器

二、兰州重离子加速系统

三、介子工厂

四、超导等时性回旋加速器

附录一高频电隙的聚焦作用

附录二扇形聚焦磁场中离子的径向运动

一、径向运动方程

二、平衡轨道半径

三、沿参考圆半径的等时性场

四、径向自由振动

参考文献

第七章自动稳相原理

第一节自动稳相原理的提出

一、稳相加速器概述

二、自动稳相原理

第二节相运动方程及小振幅下的相振荡

第三节相运动的摆模型及位能函数

第四节相图

第五节相运动的衰减

附录粒子加速周期随能量变化的关系

参考文献

……

第八章强聚焦同步加速器及高能加速器组合

第九章直线加速器

第十章电子回旋加速器

第十一章加速器新原理与新技术进展

作者简介

《加速器物理基础》(作者陈佳洱)首先系统地讲解了粒子加速器的基本概念、原理和加速器物理的相关基础知识，包括加速器基本构成、发展概况、分类方法、粒子运动的相对论描述、粒子源和粒子束的光学特性等。之后，本书对各种类型的加速器作了全面、详细的介绍和分析。这些加速器包括高压加速器、感应型加速器、回旋加速器、同步加速器、高能加速器组合，以及直线加速器等。同时，本书还讨论了带电粒子在恒定磁场中的运动和聚焦，以及在加速器研究发展中产生过重要影响的自动稳相原理。最后，本书还对加速器的新技术和新原理做了介绍，并探讨了它们的发展前景。

    《加速器物理基础》是面向加速器专业本科生的教材，也可作为加速器专门化课程的教科书或加速器领域研究生的教学参考书。同时，本书也可供加速器物理相关领域的研究人员参考。

图书封面

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