粒子加速器原理PDF电子书下载

第一章 绪论 1

一、带电粒子加速器发展简史 1

二、带电粒子加速器的分类及基本组成 5

三、带电粒子加速器的束流性能 6

(一)粒子品种 6

(二)能量 8

(三)束流强度及时间特性 9

(四)束流品质 10

四、带电粒子在恒定电磁场中的运动 14

(一)带电粒子在电磁场中的运动方程 14

(二)带电粒子在静电场中的运动 16

(三)带电粒子在均匀恒定磁场中的运动 17

(四)粒子运动参数的相对论力学表达式 19

第二章 带电粒子的产生--电子枪和离子源 25

一、电子枪 25

二、离子源 27

(一)概述 27

(二)几种常用的等离子体离子源 30

(三)固体表面离子源 40

(四)其它离子源 41

附录：极化离子源 42

参考文献 52

第三章 倍压加速器 53

一、概述 53

(一)倍压原理 55

二、倍压电源 55

(二)负载电流对倍压线路输出电压的影响 59

(三)倍压线路的局限性及其可能的改进途径 67

三、高压的稳定和测量 69

(一)倍压电源电压的稳定 69

(二)高压的测量 70

四、带电粒子的加速 70

(一)真空度对加速粒子的影响 70

(二)加速管的组成及其作用 71

五、带电粒子的聚焦 73

(一)加速电极间隙电场的聚焦作用 74

(二)倍压加速器的聚焦系统 79

(一)加速粒子的种类 80

六、倍压加速器的性能特点及发展现状 80

(二)能量特性 81

(三)流强特性 81

(四)束流时间特性 81

七、其它倍压型高压电源所组成的加速器 84

(一)绝缘磁芯变压器 84

(二)高频高压发生器 85

(三)强脉冲电子束发生器 89

参考文献 89

第四章 静电加速器 91

一、概述 91

二、静电起电机 93

(一)工作原理 94

(二)输电电流的限制和提高 97

(三)电压的限制和提高 99

三、加速管 104

(一)小孔径加速管 106

(二)斜场加速管 106

(三)磁抑制加速管 108

四、带电粒子束的聚焦 108

(一)圆孔膜片透镜 109

(二)均匀电场 110

(三)等梯度加速管 111

五、串列式静电加速器 112

(一)概述 112

(二)基本原理和组成 113

(三)进一步提高加速粒子能量的几种方案 116

(四)负离子源和电子剥离器 119

六、电压和能量的测量及稳定 123

(一)高压测量 124

(二)粒子能量的测量 126

(三)电压的稳定 131

七、束流输运系统 134

八、静电加速器的性能特点 135

(一)能量特性 135

(二)束流强度特性 135

(三)加速粒子种类 136

九、静电加速器的发展概况和实例 136

(一)单级静电加速器 136

(二)串列静电加速器 138

附录：能量校准 141

参考文献 146

第五章 回旋加速器 147

一、回旋加速器的工作原理 147

(一)基本原理和组成 147

(二)加速过程和谐振加速条件 150

(三)离子的能量和轨道形状 153

二、回旋加速器的电磁聚焦 155

(一)电聚焦及其性质 155

(二)磁聚焦及其性质 159

(三)电、磁轴向聚焦的共同作用 167

(四)中心区域中离子运动的特点和电聚焦的改进 168

(一)相移现象和相移规律 170

三、经典回旋加速器中的相移和极限能量 170

(二)极限能量和阈电压 175

四、等时性回旋加速器 177

(一)等时性条件 178

(二)径向扇形(托马斯型)回旋加速器 180

(三)螺旋扇型回旋加速器 187

(四)分离扇型回旋加速器 195

五、加速电压和高频系统 200

(一)高频电源 200

(二)D形电极和共振线电压放大系统 201

(三)高频加速电压的性能及其对束流性能的影响 203

六、束流的引出 205

七、束流能量的调节和刻度 208

(一)能量的调节 208

(二)能量刻度 212

八、束流性能 213

(一)束流能量和能量可变性 213

(二)束流能量的分散度和稳定度 214

(三)束流强度 214

(四)束流发射度 215

(五)束流负载因数 216

(六)加速粒子种类的可变性 217

九、回旋加速器的现状和实例 218

参考文献 223

第六章 电子感应加速器 225

一、感应加速原理 225

(二)电子能量增长与加速磁通变化的关系 226

(一)沿恒定轨道加速电子的条件 226

(三)加速磁感应强度与导引磁感应强度间的二比一条件 228

(四)电子感应加速器的工作状态与概貌 228

二、电子束的聚焦 231

三、电子的能量和辐射损失 232

四、电子束的强度 233

五、电子束的偏移和引出 236

六、电子束的性能 238

(一)能量特性 238

(二)束流特性 238

(三)轫致辐射特性 238

七、发展概况 239

参考文献 240

一、自动稳相式准共振加速器的共同特点 241

第七章 自动稳相式准共振加速器基础 241

二、准共振加速条件 242

三、实现准共振加速的各种途径 244

四、自动稳相原理 245

(一)自动稳相原理在加速器领域中的重要意义 245

(二)自动稳相基本原理及典型的相运动过程 246

(三)相振荡方程及相振荡规律 255

附录Ⅰ 粒子加速周期和粒子能量间关系的推导 264

附录Ⅱ 相迹方程？(？)的推导 268

参考文献 269

第八章 回旋型准共振加速器 270

一、稳相加速器--用频率调变法实现共振加速 270

(一)稳相加速器工作原理及调频规律 270

(二)粒子的入射和俘获 274

(三)相运动特点及最佳平衡相位？ 276

(四)结构特点 279

(五)性能特点 286

(六)现状和发展趋向 287

二、电子回旋加速器--变倍频系数法共振加速 288

(一)工作原理 288

(二)同步加速条件及基本参数的选择 290

(三)相运动的特点 293

(四)结构特点 294

(五)性能特点 298

(六)发展概况和实例 298

(一)工作原理及同步加速条件 301

一、同步加速器--磁场调变法共振加速 301

第九章 环型准共振加速器 301

(二)磁场、频率调节规律 304

(三)相运动的特点 307

(四)同步加速器的运动(或预加速)问题 309

(五)结构特点 311

(六)性能特点 316

(七)发展概况和实例 317

二、强聚焦原理及其在加速器中的应用 321

(一)强聚焦原理及光学模型 321

(二)强聚焦四极透镜系统 326

(三)强聚焦同步加速器 329

(四)增强器 342

(五)储存环 344

(六)同步辐射光源 346

(七)对撞机 348

附录：相对运动粒子间有效作用能的推导 354

第十章 直线型准共振加速器 359

一、驻波直线共振加速器 359

(一)漂移管式驻波直线加速器结构及基本原理 359

(二)同步加速条件及漂移管长度的变化规律 360

(三)相运动的特点及其与束流聚焦的矛盾 362

(四)驻波腔结构的改进方案(带耦合腔的加速结构) 363

(五)性能特点 366

(六)发展概况和实例 367

二、行波直线加速器 368

(一)行波加速原理 368

(三)光滑波导中的波速及对波速调变的要求 370

(二)同步加速条件 370

(四)盘荷波导慢波结构--电子行波直线加速器 373

(五)螺旋线波导慢波结构--离子行波直线加速器 375

(六)相运动特点 376

(七)性能特点 379

(八)发展概况和实例 380

第十一章 重离子加速器 382

一、概述 382

二、对重离子加速器束流性能的要求 382

(一)能量 383

(二)能量可变性 383

(三)能量分散度 383

(六)束流的时间特性 384

(七)加速离子的种类 384

(五)束流强度 384

(四)束流发射度 384

三、重离子能量与几种加速器主要参数间的关系 385

(一)静电加速器 386

(二)回旋加速器 388

(三)直线加速器 388

四、多电荷离子源和电子剥离器 389

五、各种重离子组合加速器系统 393

(一)各种类型的注入器与等时性回旋加速器的组合系统 394

(二)各种类型的注入器与直线加速器的组合系统 399

(三)高能重离子加速系统 401

参考文献 401