粒子加速器技术PDF电子书下载

第一章　高能加速器导论 1

1.1 高能加速器在基本粒子研究中的意义 1

1.2　加速器的能量提高与技术创新 2

1.3　高能加速器的发展前沿 7

1.3.1　高能量前沿 7

1.3.2　高亮度前沿 14

1.4　基于加速器的多学科平台 21

1.4.1 同步辐射装置 22

1.4.2 自由电子激光 24

1.4.3　散裂中子源 25

1.5　加速器技术——高能加速器建造和发展的保证 27

参考文献 28

2.1　加速器磁铁的主要类型 30

第二章　加速器磁铁技术 30

2.2　加速器磁铁磁场的基本形态和磁场分析 33

2.2.1　磁场的基本特性 33

2.2.2　磁场的基本形态和磁场分析 36

2.3　加速器常规磁铁的设计和建造 40

2.3.1　铁心磁铁设计的给定要求和设计的一般考虑 40

2.3.2　常规磁铁的极面设计 41

2.3.3　磁极极体和铁心回路 47

2.3.4　磁铁的端部效应 49

2.3.5　铁心磁铁的端部垫补与端部削斜 51

2.3.6　铁心材料特性和磁铁运行特性 64

2.3.7　铁心磁铁的扰动效应 67

2.3.8　磁铁磁场分布的数值计算 71

2.4　永磁磁铁 72

2.4.1　永磁磁铁的特殊性质 72

2.4.2　永磁材料 73

2.4.3　永磁多极磁铁的工作原理 74

2.4.4　永磁磁铁的扰动效应与磁场微调技术 80

2.4.5　永磁磁铁的组装技术 81

2.5　超导磁铁 82

2.5.1 超导材料 83

2.5.2　超导多极磁铁多极磁场的产生 84

2.5.3　铁轭的影响 93

2.5.4　线圈端部的磁场 96

2.5.5　超导磁铁的机械精度和磁场力 97

2.6　加速器磁铁的磁场测量 98

2.6.1　霍尔片磁场测量 98

2.6.2　移动长线圈磁场测量 101

2.6.3　旋转线圈磁场测量 103

参考文献 109

第三章　加速器磁铁电源技术 110

3.1 电源技术的发展及磁铁电源在加速器中的作用 110

3.1.1 电源技术及功率器件简介 110

3.1.2　加速器电源的基本概况 117

3.2　几种磁铁电源的基本工作原理 122

3.2.1 晶闸管调相直流电源 122

3.2.2　开关型直流电源 143

3.3　BEPCⅡ储存环磁铁稳流电源简介 158

3.3.1 BEPCⅡ对储存环磁铁稳流电源的基本要求 158

3.3.2　BEPCⅡ典型稳流电源介绍 159

［本章附录1］稳定电源术语定义 162

［本章附录2］零磁通电流传感器工作原理（简称：DCCT） 164

参考文献 168

4.1.1 用直流电压产生的电场加速带电粒子 169

第四章　加速器高频技术 169

4.1 高频系统在加速器中的作用 169

4.1.2　多节累积加速 170

4.1.3　直线共振型加速器 171

4.1.4 回旋加速 172

4.1.5　稳相加速 174

4.2　高频谐振器——从LC电路到高频腔 179

4.2.1 RLC振荡电路 180

4.2.2　高频谐振腔 193

4.2.3　谐振腔和束流在实际电路中的等效 203

4.3　储存环高频系统的设计 207

4.3.1　设计中的储存环高频系统应达到的基本要求 207

4.3.2　高频加速腔设计思想 207

4.3.3　耦合器与陶瓷窗 209

4.3.4　高频功率放大器的方案选择 210

4.3.5　低电平控制系统 235

参考文献 238

第五章　加速器真空系统 239

5.1　加速器真空系统基本要求 239

5.2　真空物理基础 241

5.2.1　真空概念和测量单位 241

5.2.2　常用公式 241

5.3　真空系统的计算 242

5.3.1　流导计算 242

5.3.2　抽气方程 243

5.3.3　压强分布计算 245

5.3.4　蒙特卡罗模拟计算 246

5.4　真空获得方法 247

5.4.2　溅射离子泵 249

5.4.1　涡轮分子泵 249

5.4.3　钛升华泵 253

5.4.4　非蒸散型吸气剂泵 255

5.4.5　分布式真空泵 260

5.5　真空测量和检漏方法 262

5.5.1　真空测量方法 262

5.5.2　真空检漏方法 268

5.6　真空材料与工艺 270

5.6.1　真空材料 270

5.6.2　真空部件表面处理 272

5.7　储存环真空系统的设计 276

5.7.1　束流与残余气体相互作用寿命 277

5.7.3　同步辐射光引起的气体负载 279

5.7.2　同步辐射功率 279

5.7.4　真空盒的设计 280

5.7.5　RF屏蔽波纹管 284

5.7.6　结束语 284

参考文献 285

第六章 同步加速器的注入与引出技术 286

6.1 概述 286

6.2　注入方式 287

6.2.1　单圈单次注入 287

6.2.2　单圈多次注入 289

6.2.3　多圈注入——H电荷转换注入 293

6.3　引出方式 295

6.4　冲击磁铁系统 296

6.4.1　梯形波冲击磁铁系统 296

6.4.2　半正弦波冲击磁铁系统 307

6.4.3　高压脉冲谐振充电电源 315

6.4.4　冲击磁铁脉冲电源的发展趋势 319

6.5　切割磁铁 320

6.5.1 导流板型切割磁铁 320

6.5.2　涡流板型切割磁铁 325

6.5.3　Lambertson切割磁铁 326

参考文献 328

第七章 加速器束流测量技术 329

7.1　束流测量概述 329

7.2　束流测量物理 331

7.2.1　束流的电磁场 331

7.2.2　束流频谱 335

7.2.3　单束团 341

7.2.4　多束团 343

7.3　主要参数的测量方法和原理 345

7.3.1 流强测量：BCT,DCCT,WCM，法拉第筒 345

7.3.2　束流位置测量 347

7.3.3　束流截面测量 360

7.3.4　束流发射度测量 364

7.3.5　储存环束流能散度测量 366

7.3.6　束团长度测量 367

7.3.7　振荡频率测量 371

7.3.8　束流损失测量 375

7.4　逐束团束流反馈系统 377

7.4.1　系统的主要参数 377

7.4.2　系统组成 379

参考文献 381

8.1　计算机控制系统的基本概念 383

第八章　加速器控制技术 383

8.1.1 计算机控制系统的组成 384

8.1.2　控制系统的发展史 385

8.1.3　分布式控制系统的体系结构 387

8.1.4 自动控制系统和控制规律 388

8.2　计算机控制技术 392

8.2.1　实时操作系统 392

8.2.2　网络通讯技术 394

8.2.3　现场总线技术 398

8.2.4　硬件接口和前端控制设备 401

8.2.5　数字信号处理和反馈技术 408

8.2.6　以数据库为核心的信息管理系统 410

8.2.7　抗干扰和容错技术 413

8.3.1　系统设计和开发 415

8.3　控制系统的开发与集成 415

8.3.2　硬件系统的配置和选型 416

8.3.3　组态软件 417

8.3.4　软件工程 423

8.3.5　质量控制 424

8.4　加速器控制系统 426

8.4.1 加速器控制系统的任务 427

8.4.2　加速器控制系统的功能 429

8.4.3　加速器控制系统的体系结构 429

8.4.4　系统集成工具EPICS 432

8.4.5　加速器控制系统的组成 436

参考文献 453

第九章 电子直线加速器技术 455

9.1 概述 455

9.2　电子直线加速器原理 459

9.2.1　稳相原理 460

9.2.2　盘荷波导中的电磁场 462

9.2.3　主要参数及其选取标准 465

9.2.4　纵向运动方程 467

9.2.5　聚束过程的分析 468

9.3　RF加速结构 469

9.3.1　等阻抗加速管 470

9.3.2　等梯度加速管 470

9.3.3　等梯度加速结构设计的考虑 472

9.4　电子枪 473

9.4.1　常规电子枪 474

9.4.2　新型电子枪 479

9.5　正电子产生系统 482

9.5.1　常规正电子源概述 482

9.5.2　转换靶 484

9.5.3　横向相空间匹配 486

9.5.4　正电子束的纵向俘获 490

参考文献 492

第十章　加速器辐射防护与安全技术 494

10.1　辐射防护的理论体系 494

10.1.1　辐射防护的概念 494

10.1.2　辐射防护的法律依据 495

10.1.3　辐射防护标准 495

10.1.4　辐射防护剂量限制体系 497

10.1.5　辐射防护基础知识 500

10.1.6　辐射危险的控制 504

10.1.7　辐射防护中常用的量与单位 504

10.1.8　加速器防护安全设计 505

10.2.1　加速器的屏蔽 506

10.2　加速器辐射防护的设计 506

10.2.2　加速器辐射防护设计标准和辐射区域的划分 507

10.2.3　辐射源与辐射屏蔽 508

10.2.4　孔道、迷道和防护门 518

10.2.5　天空反散射剂量 520

10.2.6　感生放射性 521

10.2.7　气载放射性（空气活化） 523

10.2.8　冷却水的感生放射性 525

10.2.9　土壤活化 527

10.2.10　速调管产生的X射线 527

10.3　加速器辐射监测 528

10.3.1　加速器辐射场的特点 528

10.3.2　辐射剂量监测 529

10.4　加速器安全技术 530

10.4.1　窒息性气体 530

10.3.4　液态流出物的监测 530

10.3.3　表面污染监测 530

10.4.2　有毒有害气体（O3） 531

10.4.3　易燃易爆物品 532

10.4.4　微波 532

10.4.5　电器安全 533

10.4.6　火灾报警 533

10.4.7　加速器安全连锁 534

10.4.8　加速器安全运行 535

10.4.9　加速器辐射事故举例 536

10.5　数字化辐射防护 537

参考文献 538

索引 541