《中外物理學(xué)精品書系·前沿系列16：加速器物理基礎(chǔ)》首先系統(tǒng)地講解了粒子加速器的基本概念、原理和加速器物理的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，包括加速器基本構(gòu)成、發(fā)展概況、分類方法、粒子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論描述、粒子源和粒子束的光學(xué)特性等，之后，本書對(duì)各種類型的加速器作了全面、詳細(xì)的介紹和分析，這些加速器包括高壓加速器、感應(yīng)型加速器、回旋加速器、同步加速器、高能加速器組合，以及直線加速器等。同時(shí)，本書還討論了帶電粒子在恒定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和聚焦，以及在加速器研究發(fā)展中產(chǎn)生過重要影響的自動(dòng)穩(wěn)相原理，最后，本書還對(duì)加速器的新技術(shù)和新原理做了介紹，并探討了它們的發(fā)展前景。
本書是面向加速器專業(yè)本科生的教材，也可作為加速器專門化課程的教科書或加速器領(lǐng)域研究生的教學(xué)參考書。同時(shí)，本書也可供加速器物理相關(guān)領(lǐng)域的研究人員參考。
陳佳洱，北京大學(xué)物理學(xué)院教授，中國科學(xué)院院士，第三世界科學(xué)院院士。1954年畢業(yè)于吉林大學(xué)。1996年8月至1999年12月任北京大學(xué)校長，1999年12月至2003年12月任國家自然科學(xué)基金委員會(huì)主任、黨組書記。曾任中國物理學(xué)會(huì)理事長，北京市科協(xié)主席，中國科學(xué)院數(shù)理學(xué)部主任，亞太物理學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)理事長�，F(xiàn)為全國政協(xié)十屆常委，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)顧問，國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)委員，中科院研究生院物理科學(xué)學(xué)院院長，國際純粹與應(yīng)用物理學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAP）執(zhí)委會(huì)副主席，薩拉姆國際理論物理研究中心科學(xué)理事會(huì)理事。主持完成了4.5MV靜電加速器的設(shè)計(jì)、建造。主持2X6MV串列靜電加速器的改建工程，在國內(nèi)首次建成了超靈敏檢測(cè)14C同位素的加速器質(zhì)譜計(jì)。在回旋加速器中心區(qū)物理和束流脈沖化研究上取得了一系列創(chuàng)造性的成果，大幅度提高了束流輸運(yùn)和利用效率。建議并主持新型重離子RFQ加速結(jié)構(gòu)和電子超導(dǎo)加速腔的實(shí)驗(yàn)研究，取得了具有國際先進(jìn)水平的成果。發(fā)表論文150余篇。1986年被評(píng)為我國有突出貢獻(xiàn)中青年專家。先后獲得國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃先進(jìn)個(gè)人一等獎(jiǎng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，以及光華科技基金一等獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。
第一章 緒論
第一節(jié) 加速器的基本構(gòu)成
第二節(jié) 加速器的發(fā)展概況
第三節(jié) 加速器的分類
第四節(jié) 加速器的應(yīng)用
第五節(jié) 粒子運(yùn)動(dòng)參量的相對(duì)論表述
參考文獻(xiàn)
第二章 帶電粒子源
第一節(jié) 帶電粒子束的主要參數(shù)
一、能散度
二、發(fā)射度
三、亮度
第二節(jié) 離子源的工作原理與結(jié)構(gòu)
一、對(duì)離子源的要求
二、離子源的工作原理及主要組成部分
第三節(jié) 離子源的主要類型
一、離子源的分類
二、加速器中幾種常用的離子源
第四節(jié) 電子和正電子源
一、電子槍
二、正電子源
參考文獻(xiàn)
第三章 高壓加速器
第一節(jié) 概述
第二節(jié) 高壓發(fā)生器
一、串激倍壓電源
二、靜電起電機(jī)
三、幾種大電流高壓發(fā)生器
四、強(qiáng)脈沖高壓發(fā)生器
第三節(jié) 高壓電場(chǎng)與絕緣介質(zhì)
一、絕緣介質(zhì)
二、高壓電極系統(tǒng)
三、絕緣支柱
四、高壓擊穿
第四節(jié) 加速管
一、加速管的基本結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性
二、真空擊穿
三、幾種高梯度加速管
四、加速管的鍛煉
第五節(jié) 高壓加速器的其他技術(shù)
一、電壓和能量的測(cè)量與穩(wěn)定
二、電子剝離
三、束流的輸運(yùn)、聚焦與脈沖化
第六節(jié) 典型高壓加速器及其應(yīng)用
一、倍壓加速器
二、靜電加速器
三、幾種大功率高壓加速器
四、強(qiáng)脈沖加速器
參考文獻(xiàn)
第四章 帶電粒子在恒定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與聚焦
第一節(jié) 粒子的封閉軌道和運(yùn)動(dòng)方程
一、粒子的封閉軌道
二、帶電粒子在恒定電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程
第二節(jié) 帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程
一、拉莫爾定理
二、粒子特性參數(shù)與磁場(chǎng)參數(shù)間的關(guān)系
第三節(jié) 帶電粒子在常梯度磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——磁場(chǎng)的弱聚焦作用
一、橫向運(yùn)動(dòng)方程
二、橫向運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定條件
三、自由振蕩的頻率與振幅
……
第五章 感應(yīng)型加速器
第六章 回旋加速器
第七章 自動(dòng)穩(wěn)相原理
第八章 強(qiáng)聚焦同步加速器及高能加速器組合
第九章 直線加速器
第十章 電子回旋加速器
第十一章 加速器新原理與新技術(shù)進(jìn)展
第一臺(tái)原型超導(dǎo)電子直線加速器是美國斯坦福大學(xué)在1964年建造的，它是在銅上鍍鉛的3腔結(jié)構(gòu)，將電子從80keV加速到了500keV，加速梯度約3MV/m。后來他們又建造了一臺(tái)，其加速梯度為3.8MVlm，可將電子能量加速到6.6MeV，平均流強(qiáng)50uA，能散度約10-3，射頻功耗僅4W。
在電子超導(dǎo)直線加速器的發(fā)展中，它還常同其他類型的電子加速器結(jié)合在一起，從而大大提高了它們的性能、指標(biāo)，推進(jìn)了它們的發(fā)展。在本書第十章的電子回旋加速器中，就將介紹兩臺(tái)美國在20世紀(jì)70年代建造的，采用超導(dǎo)電子直線加速器的電子回旋加速器。一臺(tái)是斯坦福大學(xué)的利用38.5MeV超導(dǎo)直線加速器，將注入能量為7MeV的電子束經(jīng)2次加速后使能量達(dá)到84MeV，并再增加軌道數(shù)可達(dá)280MeV的電子回旋加速器。它在CW運(yùn)行下的平均流強(qiáng)可達(dá)20～100uA。另一臺(tái)是美國伊利諾伊大學(xué)的電子回旋加速器。它采用12MeV超導(dǎo)電子直線加速器，將注入的3MeV電子束經(jīng)6次加速后達(dá)到72MeV能量，這些電子回旋加速器都采用了超導(dǎo)電子直線加速器而使加速能量、流強(qiáng)和品質(zhì)大幅得到提高。
現(xiàn)在以一臺(tái)在1994年投入運(yùn)行的美國著名的杰斐遜國家加速器實(shí)驗(yàn)室（JLab）建造的1.497GHz連續(xù)波（CW）運(yùn)行、平均流強(qiáng)為50uA的4GeVCEBAF超導(dǎo)電子直線加速器為例，來介紹超導(dǎo)電子直線加速器，其整個(gè)裝置見圖9.32。它由兩臺(tái)400MeV的超導(dǎo)電子直線加速器主加速器和軌道上的偏轉(zhuǎn)、束流部件組成。電子束每轉(zhuǎn)一圈經(jīng)兩臺(tái)加速器后共加速兩次，能量增益為800MeV，經(jīng)過5圈后即達(dá)到4GeV的能量，電子由100keV的電子槍進(jìn)入其后的一臺(tái)作為注入器的45MeV超導(dǎo)電子直線加速器，再進(jìn)入兩臺(tái)400MeV加速器。注入器和兩臺(tái)主加速器分別由18組腔和總共320個(gè)加速腔組成，每個(gè)加速腔均為5單元的橢圓形腔，其形狀、加速電場(chǎng)和等效電路見圖9.33。它的加速腔由鈮材制成放在2K的低溫容器中。每個(gè)腔的有效加速長度為0.5m，由一臺(tái)5kW的速調(diào)管供給射頻功率，平均加速場(chǎng)梯度為5MV／m，能量增益為2.5MeV，Q0＝2.4×109。橢圓形腔體形狀的優(yōu)化除滿足工作頻率等設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)使得腔表面處的磁場(chǎng)Hs低于臨界磁場(chǎng)值，電場(chǎng)Es對(duì)腔軸上加速電場(chǎng)平均值Ea的比值即Hs/Ea和Es/Ea低，從而使運(yùn)行時(shí)不至于出現(xiàn)失超和電子發(fā)射等不穩(wěn)定狀態(tài)。多單元腔的色散、模式等特性，可用本章前面介紹的多單元耦合腔鏈等效電路進(jìn)行分析和研究。
……
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