加速器理论 第2版PDF电子书下载

第1章 圆形加速器中带电粒子的运动方程与横向运动 1

1.1 带电粒子在电磁场中的运动 1

1.2 带电粒子在磁场中的运动 3

1.2.1 带电粒子在均匀磁场中的运动 3

1.2.2 带电粒子在均匀磁场中运动的稳定性 6

1.2.3 带电粒子在径向不均匀磁场中的运动 6

1.2.4 带电粒子在径向不均匀磁场中运动的稳定性 7

1.2.5 带电粒子在三维磁场中的运动 11

1.3 带电粒子在电磁场中的加速运动 17

1.4 平衡运动 19

1.4.1 恒定磁场共振加速（稳相加速器） 20

1.4.2 恒定轨道共振加速（同步加速器） 20

1.4.3 恒定电场频率的加速方法（等时性回旋） 21

1.4.4 感应场加速的平衡运动 22

1.5 自由振荡（快振荡） 23

1.5.1 参数不变时的自由振荡 23

1.5.2 考虑参数慢变化时的自由振荡 24

参考文献 25

习题与思考题 26

第2章 圆形加速器中带电粒子的纵向运动 27

2.1 感应加速器中电子轨道的收缩 27

2.2 圆形轨道加速器中的相振荡 28

2.2.1 相振荡方程 28

2.2.2 相振荡稳定条件 29

2.2.3 相振荡的周期与幅度 31

2.2.4 相振荡引起粒子轨道和能量分散性的变化 33

2.3 粒子在普通回旋加速器中的相运动 34

2.3.1 回旋加速器中心区粒子的聚相过程 34

2.3.2 粒子在普通回旋加速器中的相移和最大能量 36

2.4 等时性回旋加速器中的相运动 38

2.4.1 中心区滑相 38

2.4.2 平均磁场分布误差与加速电压频率误差所引起的相移 39

2.5 分离轨道等时性回旋加速器中的相运动 40

参考文献 41

习题与思考题 41

第3章 粒子在理想周期场中的运动 42

3.1 用矩阵法研究粒子横向运动的稳定性 42

3.1.1 周期场中粒子的横向运动方程 42

3.1.2 横向运动的稳定性判据 45

3.1.3 FODO结构的稳定性 47

3.2 粒子在周期场中的自由振荡 49

3.2.1 Hill方程及其解 49

3.2.2 发射度和接受度 52

3.2.3 动量色散 54

3.3 粒子在周期场中的相振荡 58

3.3.1 相运动方程 58

3.3.2 小角度振荡 59

3.3.3 大角度振荡 59

参考文献 60

习题与思考题 60

第4章 加速器中粒子运动的共振 62

4.1 几种常见的共振形式 62

4.1.1 非理想场对粒子运动的影响 62

4.1.2 强迫振荡 62

4.1.3 普通共振 63

4.1.4 参数共振 64

4.1.5 线性耦合共振 66

4.2 高次项与非线性共振 68

4.2.1 高次项对粒子运动的影响 68

4.2.2 一维非线性共振 70

4.2.3 横向非线性耦合共振 71

4.2.4 n＝0.2的横向非线性耦合共振 72

4.3 用Bogolyubov法求解非线性方程 74

4.3.1 Bogolyubov逐次渐进法 74

4.3.2 用逐次渐进法解半整数共振方程 76

4.3.3 共振线宽度 78

4.4 相振荡中的共振 79

4.4.1 外力作用下的相振荡方程 79

4.4.2 相振荡中的强迫振荡和共振 80

参考文献 81

习题与思考题 81

第5章 周期场中非理想场与非线性共振 82

5.1 多极子场 82

5.2 磁场偏差引起束流轨道的畸变与校正 85

5.3 磁场梯度误差效应 86

5.4 色品 88

5.5 非线性共振 90

5.5.1 弗洛克变换 90

5.5.2 谐波分析 91

5.5.3 耦合共振 94

5.5.4 三阶共振 94

5.6 动力学孔径 98

参考文献 99

习题与思考题 100

第6章 用哈密顿法研究粒子的运动 101

6.1 拉格朗日与哈密顿表示式 101

6.1.1 拉格朗日与哈密顿表示式 101

6.1.2 正则变换 102

6.2 线性运动 103

6.2.1 线性振荡 103

6.2.2 单摆 105

6.3 用哈密顿法研究非线性运动 106

6.3.1 曲线坐标系中的哈密顿方程 106

6.3.2 1/3倍数共振 108

参考文献 110

习题与思考题 111

第7章 同步辐射及其平均损失对粒子运动的影响 112

7.1 同步辐射 112

7.1.1 同步辐射的平均能量损失 112

7.1.2 同步辐射光的性质 114

7.2 能量振荡阻尼 118

7.2.1 考虑辐射损失时电子的能量振荡方程 118

7.2.2 能量振荡阻尼系数 122

7.2.3 ？函数 124

7.3 自由振荡阻尼 127

7.3.1 垂直方向的自由振荡阻尼 127

7.3.2 径向自由振荡的辐射阻尼 129

7.4 辐射阻尼的时间常数与衰减分配数 133

7.5 扭摆磁铁与波荡器 133

7.5.1 插入件的特征参数K 133

7.5.2 插入件中同步辐射光的特性 135

7.5.3 插入件磁场对粒子运动的影响 136

参考文献 136

习题与思考题 137

第8章 量子辐射损失对粒子运动的影响 138

8.1 量子辐射引起的电子能量振荡 138

8.1.1 能量振荡 138

8.1.2 束团长度 142

8.2 量子辐射引起的电子自由振荡 144

8.2.1 束团宽度 144

8.2.2 束团高度 148

8.2.3 耦合作用下的束团横向尺寸 149

参考文献 151

习题与思考题 151

第9章 束流寿命 152

9.1 束流量子寿命 152

9.1.1 横向振荡量子的寿命 152

9.1.2 纵向振荡量子的寿命 155

9.2 束流散射寿命 157

9.2.1 库仑散射寿命 157

9.2.2 轫致辐射损失 159

9.2.3 电子与剩余气体原子的壳层电子之间的弹性散射 160

9.2.4 电子与剩余气体原子的壳层电子之间的非弹性散射 160

9.2.5 电子与剩余气体的散射总寿命 160

9.2.6 束流散射寿命的修正公式 160

9.3 Fouschek寿命 162

9.3.1 Touschek效应 162

9.3.2 Touschek寿命 165

9.3.3 Touschek多重散射 166

9.4 离子捕获损失 167

参考文献 168

习题与思考题 168

第10章 束流集体不稳定性 170

10.1 尾场与阻抗 170

10.1.1 尾场函数 170

10.1.2 阻抗 173

10.1.3 加速器中常见的阻抗 174

10.1.4 寄生损失 176

10.2 宏粒子模型下的集体不稳定性 177

10.2.1 直线加速器中的束流崩溃效应 177

10.2.2 强头尾不稳定性 179

10.2.3 头尾不稳定性 180

10.2.4 纵向Robinson不稳定性 182

10.3 应用Vlasov方程的扰动分析法 185

10.3.1 Vlasov方程 185

10.3.2 势阱扰动 186

10.3.3 线性化Vlasov方程 188

10.4 多束团不稳定性 193

10.5 朗道阻尼 194

参考文献 197

习题与思考题 197

第11章 带电粒子在射频直线加速器中的运动 199

11.1 概述 199

11.1.1 射频直线加速器 199

11.1.2 射频直线加速器电磁场分布的一般表达式 200

11.1.3 同步加速条件 203

11.2 直线加速器中的纵向运动 204

11.2.1 直线加速器中电子的纵向运动 204

11.2.2 电子在行波电子直线加速器中的纵向运动 206

11.2.3 电子在驻波电子直线加速器中的纵向运动 213

11.2.4 粒子在漂移管型直线加速器中的纵向运动 216

11.3 直线加速器中的横向运动 219

11.3.1 直线加速器中电子的横向运动 219

11.3.2 电子在行波电子直线加速器中的横向运动 223

11.3.3 电子在驻波电子直线加速器中的横向运动 230

11.3.4 电子在直线加速器中纵向与横向运动的耦合 235

11.3.5 漂移管型质子（离子）直线加速器中的横向运动 238

11.4 粒子在射频四极场加速结构中的运动 240

11.4.1 纵向运动 241

11.4.2 横向运动 243

参考文献 244

习题与思考题 245

第12章 强流相对论电子束物理基础 246

12.1 概述 246

12.2 强流相对论电子束的产生 249

12.2.1 阴极发射电子初始能量可以忽略时的理想无限大平板二极管的空间电荷限制电流 250

12.2.2 阴极发射电子具有初始能量时的理想无限大平板二极管空间电荷限制电流 253

12.2.3 平板型二极管空间电荷限制电流二维修正因子 256

12.2.4 球头形阴极和针状阴极二极管的空间电荷限制电流 257

12.2.5 自箍缩条件下的饱和顺位电流 258

12.2.6 外加磁场对二极管阻抗的影响 258

12.2.7 二极管产生的强流相对论电子束能谱 260

12.2.8 二极管的阳极物理过程 260

12.2.9 二极管空间电荷限制电流电压关系随时间的变化 262

12.2.10 无箔二极管 264

12.3 强流相对论电子束的自电磁场限制电流 265

12.3.1 强流相对论电子束在封闭圆柱形金属腔内产生的自电磁场 265

12.3.2 强流相对论电子束的自电场限制电流——空间电荷限制电流 268

12.3.3 强流相对论电子束的自磁场限制电流 269

12.4 强流相对论电子束在中性气体中传输的物理过程 270

12.4.1 无外加磁场时的空间电荷中和 271

12.4.2 有外加磁场时的空间电荷中和 273

12.4.3 强流相对论电子束在传输过程中的电流中和 275

12.4.4 束流传输过程中的不稳定性 278

12.5 结束语 278

参考文献 279

习题与思考题 280

第13章 束流发射度 282

13.1 束流发射度的定义 282

13.1.1 束流发射度 282

13.1.2 均方根发射度 284

13.1.3 有效发射度 284

13.1.4 归一化束流发射度 284

13.2 直线加速器中束流发射度的增长 285

13.2.1 理想加速器中的束流发射度 285

13.2.2 非理想传输系统中束流发射度的增长 285

13.2.3 高能直线加速器中发射度的增长 286

13.3 同步辐射光源装置的束流发射度 287

13.3.1 储存环的束流发射度 287

13.3.2 DBA聚焦结构的束流发射度 289

13.3.3 TBA聚焦结构的束流发射度 290

13.3.4 FODO聚焦结构的束流发射度 291

13.4 高能直线加速器及储存环中降低束流发射度的方法 292

13.4.1 电子束冷却 292

13.4.2 随机冷却 292

13.4.3 辐射阻尼冷却 292

参考文献 293

习题与思考题 293

索引 294