第一章 绪论 1
§1.1 引言 1
目录 1
§1.2 质子直线加速器与电子直线加速器的差别 2
§1.3 质子直线加速器发展简史 3
参考文献 5
第二章 加速腔的高频结构 6
§2.1 高频加速电场 6
2.1.1 行波加速电场 6
2.1.2 驻波加速电场 9
§2.2 质子直线加速器工作原理 11
2.3.1 Ex表示式 13
§2.3 加速腔近轴区的场分布 13
2.3.2 Er表示式 15
2.3.3 H？表示式 16
§2.4 加速腔高频结构的主要参量 17
2.4.1 分路阻抗Zs 17
2.4.2 渡越时间因子T 17
2.4.3 有效分路阻抗Zeff 19
2.4.4 品质因子Q 19
2.4.5 Z？/Q 20
2.4.6 工作频率f 20
§2.5 单周期加速单元链的特性 21
2.5.1 等效电路模拟 22
2.5.2 色散关系 24
2.5.3 带宽与模的间隔 26
2.5.4 正向波型通带与反向波型通带 26
2.5.5 各种模的有效分路阻抗 27
2.5.6 损耗引起电场的相移 28
2.5.7 工作模的选择 30
§2.6 双周期单元链的特性 31
2.6.1 双周期单元链的导出 31
2.6.2 双周期单元链的色散曲线 31
§2.7 加速腔的稳定结构 35
2.7.1 中速稳定结构 35
2.7.2 高速稳定结构 39
参考文献 42
第三章 加速腔的理论设计 44
§3.1 加速单元中场分布的数值计算 44
3.1.1 场方程表示式 44
3.1.2 边界条件 46
3.1.3 加速单元各电参量的计算 48
3.1.4 计算方法 51
3.1.5 关于计算精度 56
3.1.6 杆的影响 59
§3.2 加速单元横向尺寸的选择 59
§3.3 同步粒子的运动及加速单元链尺寸的计算 62
3.3.1 同步粒子的定义及其运动方程 62
3.3.2 同步粒子在一个加速单元中的能量增益 63
3.3.3 加速单元的长度表示式 64
3.3.4 加速间隙、漂移管长度及其安装位置的确定 66
3.3.5 计算加速单元链尺寸所需参量 67
3.3.6 计算步骤 69
参考文献 69
第四章 纵向运动 70
§4.1 纵向运动方程 70
§4.2 纵向运动的稳定性 72
§4.3 纵向运动方程的解 76
§4.4 同步相位的选择 78
§4.5 轴上峰值平均电场E0的选择 79
参考文献 80
第五章 横向运动 81
§5.1 高频场的横向散焦作用 81
§5.2 四极透镜 82
5.2.1 四极电透镜与四极磁透镜 82
5.2.2 交变梯度聚焦系统 83
§5.3 横向运动方程 83
§5.4 横向运动方程的解 85
5.4.1 横向运动的转换矩阵 85
5.4.2 运动方程系数的周期化 86
5.4.3 弗洛克函数及其矩阵表示 87
5.4.4 弗洛克椭圆参数 90
§5.6 稳定图 92
§5.5 加速器的接受度 92
§5.7 聚焦系统的选择 94
§5.8 工作路线的选择 96
§5.9 束流的发射度 98
5.9.1 发射度及其矩阵表示 98
5.9.2 发射度椭圆沿加速器轴向的变化 99
5.9.3 归一化发射度与非归一化发射度 100
§5.10 束流的匹配 102
5.10.1 匹配概述 102
5.10.2 直线加速器的束流匹配 103
5.10.3 匹配点与弗洛克椭圆参数 104
参考文献 105
§6.2 横向与纵向之间的耦合运动 106
6.2.1 运动方程 106
第六章 耦合运动 106
§6.1 引言 106
6.2.2 耦合共振 108
6.2.3 横向归一化发射度的增长 109
§6.3 水平方向与垂直方向之间的耦合运动 110
6.3.1 四极透镜的边缘场 110
6.3.2 边缘场的耦合作用 111
6.3.3 边缘场引起的横向发射度的变化 112
参考文献 114
§7.1 引言 116
第七章 空间电荷效应 116
§7.2 束团模型与线性空间电荷力 117
§7.3 纵向空间电荷效应 119
§7.4 横向空间电荷效应 121
§7.5 极限流强 123
§7.6 横向归一化发射度的增长 125
§7.7 K-V方程与自洽解 126
7.7.1 自洽解应满足的方程组 126
7.7.2 四维相空间中的一种自洽解 128
§7.8 均方根包络方程与均方根发射度 132
7.8.1 均方根方法概述 132
7.8.2 均方根包络方程 133
7.8.3 均方根发射度 137
7.8.4 均方根值与边缘值之间的关系 139
参考文献 142
第八章 瞬态耦合效应与束流负载效应 143
§8.1 引言 143
§8.2 谐振腔的强迫振荡方程 143
§8.3 损耗的影响 146
§8.4 加速腔与功率馈送系统的耦合效应 151
§8.5 束流负载效应 155
8.5.1 束流感应的场 155
8.5.2 束流负载的影响 160
8.5.3 前馈补偿 161
8.5.4 克服束流负载效应的改进措施 162
参考文献 163
第九章 稳态误差扰动 164
§9.1 引言 164
§9.2 加速单元的频率误差 164
§9.3 加速腔的失谐 168
§9.4 透镜横向位移误差 169
§9.5 透镜倾斜误差 171
§9.6 透镜绕纵轴旋转误差 172
§9.7 透镜磁场梯度误差 174
§9.8 透镜长度误差 175
§9.9 加速电场误差 175
参考文献 176
第十章 加速器主体设备 177
§10.1 引言 177
§10.2 注入器 177
10.2.1 高压发生器 178
10.2.2 加速管 178
10.2.3 离子源 180
§10.3 低能束流输运系统 182
10.3.1 概述 182
10.3.2 聚束原理与聚束器 183
10.3.3 静电切束器 188
10.3.4 导向线圈 189
10.4.2 加速腔体 190
§10.4 加速腔系统 190
10.4.1 概述 190
10.4.3 漂移管 193
10.4.4 高频场的调整与测量 194
§10.5 四极磁透镜 198
10.5.1 磁场谐波分析 198
10.5.2 透镜的极面形状 200
10.5.3 透镜的安匝数与功耗 202
10.5.4 等长度的透镜组 203
10.5.5 四极透镜的制造 203
10.5.6 四极透镜的磁场测量 204
10.6.1 概述 210
§10.6 高频功率源 210
10.6.2 主通道 211
10.6.3 调制器 212
10.6.4 快速保护 212
10.6.5 馈电系统 213
10.6.6 频率、幅度及相位控制环 214
§10.7 束流测量 216
10.7.1 概述 216
10.7.2 束流强度的测量 216
10.7.3 束流截面的测量 218
10.7.4 发射度测量 219
10.7.5 动量与动量散度的测量 223
参考文献 224
第十一章 现状与发展趋势 226
§11.1 现状与实例 226
11.1.1 现状概述 226
11.1.2 BNL与Fermilab的200兆电子伏直线加速器 226
11.1.3 LASL的800兆电子伏直线加速器 229
11.1.4 CERN的新50兆电子伏直线加速器 230
11.1.5 美国NEN（新英格兰核子公司）的45兆电子伏质子直线加速器 231
11.1.6 北京35兆电子伏质子直线加速器 232
§11.2 直线加速器现存的几个问题 234
11.3.1 概述 235
§11.3 RFQ加速器 235
11.3.2 RFQ近轴区的电场表达式 236
11.3.3 带电粒子在RFQ中的运动 240
11.3.4 关于RFQ的设计 243
§11.4 交变相位聚焦结构 245
§11.5 永磁透镜 248
参考文献 250
第十二章 质子直线加速器的应用 252
§12.1 放射治疗与医用同位素生产 252
§12.2 裂变材料增殖 254
§12.3 材料的中子辐照损伤的研究 256
参考文献 257