粒子加速器技術(shù)

前言

　　在中國(guó)科學(xué)院研究生院和高等教育出版社的共同努力下，凝聚著中國(guó)科學(xué)院新老科學(xué)家、研究生導(dǎo)師們多年心血和汗水的中國(guó)科學(xué)院研究生院教材面世了。這套教材的出版，將對(duì)豐富我院研究生教育資源、提高研究生教育質(zhì)量、培養(yǎng)更多高素質(zhì)的科技人才起到積極的推動(dòng)作用?！　∽鳛榭萍紘?guó)家隊(duì)，中國(guó)科學(xué)院肩負(fù)著面向國(guó)家戰(zhàn)略需求，面向世界科學(xué)前沿，為國(guó)家作出基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性的重大科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)和培養(yǎng)高級(jí)科技人才的使命。中國(guó)科學(xué)院研究生教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分，在新的歷史時(shí)期，中國(guó)科學(xué)院研究生教育不僅要為我院知識(shí)創(chuàng)新工程提供人力資源保障，還擔(dān)負(fù)著落實(shí)科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，為創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)培養(yǎng)一大批高素質(zhì)人才的重要使命?！　〖芍袊?guó)科學(xué)院的教學(xué)資源、科技資源和智力資源，中國(guó)科學(xué)院研究生院堅(jiān)持教育與科研緊密結(jié)合的“兩段式”培養(yǎng)模式，在突出科學(xué)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時(shí)，重視全面素質(zhì)教育，倡導(dǎo)文理交融、理工結(jié)合，培養(yǎng)的研究生具有寬厚扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、敏銳的科學(xué)探索意識(shí)、活躍的思維和唯實(shí)、求真、協(xié)力、創(chuàng)新的良好素質(zhì)。

內(nèi)容概要

　　《粒子加速器技術(shù)》是中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的研究人員在中國(guó)科學(xué)院研究生院多年授課的講義基礎(chǔ)上整理而成的。全書(shū)以高能加速器為對(duì)象，討論加速器各個(gè)系統(tǒng)的主要技術(shù)問(wèn)題，包括高能加速器的磁鐵技術(shù)、磁鐵電源技術(shù)、高頻技術(shù)、真空技術(shù)、束流測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子直線(xiàn)加速器技術(shù)和加速器輻射防護(hù)技術(shù)等?！　　读Ｗ蛹铀倨骷夹g(shù)》反映了當(dāng)今國(guó)際高能加速器科學(xué)技術(shù)研究的前沿水平，可作為高等院校物理系相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生教材或教學(xué)參考書(shū)，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究人員和技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

主要符號(hào)表第一章 高能加速器導(dǎo)論1.1 高能加速器在基本粒子研究中的意義1.2 加速器的能量提高與技術(shù)創(chuàng)新1.3 高能加速器的發(fā)展前沿1.3.1 高能量前沿1.3.2 高亮度前沿1.4 基于加速器的多學(xué)科平臺(tái)1.4.1 同步輻射裝置1.4.2 自由電子激光1.4.3 散裂中子源1.5 加速器技術(shù)——高能加速器建造和發(fā)展的保證參考文獻(xiàn)第二章 加速器磁鐵技術(shù)2.1 加速器磁鐵的主要類(lèi)型2.2 加速器磁鐵磁場(chǎng)的基本形態(tài)和磁場(chǎng)分析2.2.1 磁場(chǎng)的基本特性2.2.2 磁場(chǎng)的基本形態(tài)和磁場(chǎng)分析2.3 加速器常規(guī)磁鐵的設(shè)計(jì)和建造2.3.1 鐵心磁鐵設(shè)計(jì)的給定要求和設(shè)計(jì)的一般考慮2.3.2 常規(guī)磁鐵的極面設(shè)計(jì)2.3.3 極極體和鐵心回路2.3.4 磁鐵的端部效應(yīng)2.3.5 鐵心磁鐵的端部墊補(bǔ)與端部削斜2.3.6 鐵心材料特性和磁鐵運(yùn)行特性2.3.7 鐵心磁鐵的擾動(dòng)效應(yīng)2.3.8 磁鐵磁場(chǎng)分布的數(shù)值計(jì)算2.4 水磁磁鐵2.4.1 水磁磁鐵的特殊性質(zhì)2.4.2 永磁材料Ⅱ 粒子加速器技術(shù)2．4．3 永磁多極磁鐵的工作原理2．4．4 永磁磁鐵的擾動(dòng)效應(yīng)與磁場(chǎng)微調(diào)技術(shù)2．4．5 永磁磁鐵的組裝技術(shù)2．5 超導(dǎo)磁鐵2．5．1 超導(dǎo)材料2．5．2 超導(dǎo)多極磁鐵多極磁場(chǎng)的產(chǎn)生2．5．3 鐵軛的影響2．5．4 線(xiàn)圈端部的磁場(chǎng)2．5．5 超導(dǎo)磁鐵的機(jī)械精度和磁場(chǎng)力2．6 加速器磁鐵的磁場(chǎng)測(cè)量2．6．1 霍爾片磁場(chǎng)測(cè)量2．6．2 移動(dòng)長(zhǎng)線(xiàn)圈磁場(chǎng)測(cè)量2．6．3 旋轉(zhuǎn)線(xiàn)圈磁場(chǎng)測(cè)量參考文獻(xiàn)第三章 加速器磁鐵電源技術(shù)3．1 電源技術(shù)的發(fā)展及磁鐵電源在加速器中的作用3．1．1 電源技術(shù)及功率器件簡(jiǎn)介3．1．2 加速器電源的基本概況3．2 幾種磁鐵電源的基本工作原理3．2．1 晶閘管調(diào)相直流電源3．2．2 開(kāi)關(guān)型直流電源3．3 BEPCⅡ儲(chǔ)存環(huán)磁鐵穩(wěn)流電源簡(jiǎn)介3．3．1 BEPCⅡ?qū)?chǔ)存環(huán)磁鐵穩(wěn)流電源的基本要求3．3．2 BEPCⅡ典型穩(wěn)流電源介紹[本章附錄1] 穩(wěn)定電源術(shù)語(yǔ)定義[本章附錄2] 零磁通電流傳感器工作原理（簡(jiǎn)稱(chēng)：DCCT）參考文獻(xiàn)第四章 加速器高頻技術(shù)4．1 高頻系統(tǒng)在加速器中的作用4．1．1 用直流電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)加速帶電粒子4．1．2 多節(jié)累積加速4．1．3 直線(xiàn)共振型加速器4．1．4 回旋加速4．1．5 穩(wěn)相加速4．2 高頻諧振器——從LC電路到高頻腔4．2．1 RLC振蕩電路4．2．2 高頻諧振腔4．2．3 諧振腔和束流在實(shí)際電路中的等效4．3 儲(chǔ)存環(huán)高頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4．3．1 設(shè)計(jì)中的儲(chǔ)存環(huán)高頻系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的基本要求4．3．2 高頻加速腔設(shè)計(jì)思想4．3，3 耦合器與陶瓷窗4．3．4 高頻功率放大器的方案選擇4．3．5 低電平控制系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第五章 加速器真空系統(tǒng)5．1 加速器真空系統(tǒng)基本要求5．2 真空物理基礎(chǔ)5．2．1 真空概念和測(cè)量單位5．2．2 常用公式5．3 真空系統(tǒng)的計(jì)算5．3．1 流導(dǎo)計(jì)算5．3．2 抽氣方程5．3．3 壓強(qiáng)分布計(jì)算5．3．4 蒙特卡羅模擬計(jì)算5．4 真空獲得方法5．4．1 渦輪分子泵5．4，2 濺射離子泵5．4．3 鈦升華泵5．4．4 非蒸散型吸氣劑泵5．4．5 分布式真空泵5．5 真空測(cè)量和檢漏方法5．5．1 真空測(cè)量方法5．5．2 真空檢漏方法5．6 真空材料與工藝5．6．1 真空材料5．6．2 真空部件表面處理5．7 儲(chǔ)存環(huán)真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5．7．1 束流與殘余氣體相互作用壽命5．7．2 同步輻射功率5．7．3 同步輻射光引起的氣體負(fù)載5．7．4 真空盒的設(shè)計(jì)5．7．5 RF屏蔽波紋管5．7．6 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)第六章 同步加速器的注入與引出技術(shù)Ⅳ 粒子加速器技術(shù)6．1 概述6．2 注入方式6．2．1 單圈單次注入6．2．2 單圈多次注入6．2．3 多圈注入——H-電荷轉(zhuǎn)換注入6．3 引出方式6．4 沖擊磁鐵系統(tǒng)6．4．1 梯形波沖擊磁鐵系統(tǒng)6．4．2 半正弦波沖擊磁鐵系統(tǒng)6．4．3 高壓脈沖諧振充電電源6．4．4 沖擊磁鐵脈沖電源的發(fā)展趨勢(shì)6．5 切割磁鐵6．5．1 導(dǎo)流板型切割磁鐵6．5．2 渦流板型切割磁鐵6．5．3 Lambertson切割磁鐵參考文獻(xiàn)第七章 加速器束流測(cè)量技術(shù)7．1 束流測(cè)量概述7．2 束流測(cè)量物理7．2．1 束流的電磁場(chǎng)7．2．2 束流頻譜7．2．3 單束團(tuán)7．2．4 多束團(tuán)7．3 主要參數(shù)的測(cè)量方法和原理7．3．1 流強(qiáng)測(cè)量：BCT，DCCT，WCM，法拉第筒7．3．2 束流位置測(cè)量7．3．3 束流截面測(cè)量7．3．4 束流發(fā)射度測(cè)量7．3．5 儲(chǔ)存環(huán)束流能散度測(cè)量7．3．6 束團(tuán)長(zhǎng)度測(cè)量7．3．7 振蕩頻率測(cè)量7．3．8 束流損失測(cè)量7．4 逐束團(tuán)束流反饋系統(tǒng)7．4．1 系統(tǒng)的主要參數(shù)7．4．2 系統(tǒng)組成參考文獻(xiàn)第八章 加速器控制技術(shù)8．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念第九章 電子直線(xiàn)加速器技術(shù)第十章 加速器輻射防護(hù)與安全技術(shù)索引

章節(jié)摘錄

　　對(duì)于真空盒來(lái)說(shuō)，擁有好的清洗、裝配程序和正確的材料選擇，在儲(chǔ)存環(huán)中熱出氣只是一個(gè)很小的氣體負(fù)載，而打在真空盒內(nèi)壁上的同步輻射光將產(chǎn)生主要的氣體負(fù)載.正負(fù)電子在儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)真空盒截面變化的地方能產(chǎn)生寄生的高次模振蕩，將引起束流的不穩(wěn)定性和局部發(fā)熱，因此要求閥門(mén)、金屬波紋管和法蘭連接處盡可能光滑過(guò)渡。為了減少真空盒壁阻抗對(duì)束流的影響，要求真空盒內(nèi)壁有好的電導(dǎo)性，有時(shí)在真空盒內(nèi)壁涂一層薄的電導(dǎo)材料（如銅或銀）是必要的。由于陶瓷部件吸收來(lái)自其他真空部件輻射的高次模能量后容易引起過(guò)熱，造成損壞，因此陶瓷部件應(yīng)有好的電導(dǎo)性和冷卻方式?！　≡谫|(zhì)子儲(chǔ)存環(huán)中，環(huán)繞的高能粒子把氣體分子電離，束流產(chǎn)生的正空間電荷電勢(shì)又使正離子沿徑向加速并打在真空盒內(nèi)壁上。一般來(lái)說(shuō)，粒子能夠獲得幾千eV的能量，因而可以有效地解吸真空盒內(nèi)壁上的氣體分子，導(dǎo)致真空系統(tǒng)壓力上升[2]。對(duì)于大的質(zhì)子儲(chǔ)存環(huán)，例如歐洲核子中心的LHC（Large Hadron collider），由于有低溫真空系統(tǒng)，所以還必須考慮一些特殊的問(wèn)題。質(zhì)子產(chǎn)生的同步光打在低溫壁上會(huì)引起低溫吸附的氣體分子脫附，為了防止同步輻射光直接打在低溫吸附的氣體上，要設(shè)計(jì)特殊的屏蔽罩來(lái)攔截同步輻射光子。而對(duì)于散裂中子源的快循環(huán)同步質(zhì)子環(huán)，由于二極磁鐵和四極磁鐵的磁場(chǎng)上升速度很快，在金屬真空盒表面產(chǎn)生渦流。即使使用很薄的金屬真空盒，仍然有很大的熱損耗，同時(shí)渦流產(chǎn)生的六極磁場(chǎng)分量也會(huì)干擾正常的磁場(chǎng)工作，因此只能采用陶瓷真空盒。束流通過(guò)真空盒時(shí)，在真空盒壁上產(chǎn)生鏡像電流，為了降低鏡像電流的阻抗，陶瓷真空盒的表面要有高頻屏蔽層。同時(shí)，在陶瓷真空盒的內(nèi)表面還要鍍一層氮化鈦，用來(lái)減小二次電子發(fā)射系數(shù)。

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