粒子加速器技術(shù)

前言

　　在中國科學院研究生院和高等教育出版社的共同努力下，凝聚著中國科學院新老科學家、研究生導師們多年心血和汗水的中國科學院研究生院教材面世了。這套教材的出版，將對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作用?！　∽鳛榭萍紘谊?，中國科學院肩負著面向國家戰(zhàn)略需求，面向世界科學前沿，為國家作出基礎性、戰(zhàn)略性和前瞻性的重大科技創(chuàng)新貢獻和培養(yǎng)高級科技人才的使命。中國科學院研究生教育是我國高等教育的重要組成部分，在新的歷史時期，中國科學院研究生教育不僅要為我院知識創(chuàng)新工程提供人力資源保障，還擔負著落實科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，為創(chuàng)新型國家建設培養(yǎng)一大批高素質(zhì)人才的重要使命?！　〖芍袊茖W院的教學資源、科技資源和智力資源，中國科學院研究生院堅持教育與科研緊密結(jié)合的“兩段式”培養(yǎng)模式，在突出科學教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，重視全面素質(zhì)教育，倡導文理交融、理工結(jié)合，培養(yǎng)的研究生具有寬厚扎實的基礎知識、敏銳的科學探索意識、活躍的思維和唯實、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)》是中國科學院高能物理研究所的研究人員在中國科學院研究生院多年授課的講義基礎上整理而成的。全書以高能加速器為對象，討論加速器各個系統(tǒng)的主要技術(shù)問題，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)、束流測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子直線加速器技術(shù)和加速器輻射防護技術(shù)等。　　《粒子加速器技術(shù)》反映了當今國際高能加速器科學技術(shù)研究的前沿水平，可作為高等院校物理系相關(guān)專業(yè)的研究生教材或教學參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員和技術(shù)人員參考。

書籍目錄

主要符號表第一章 高能加速器導論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 基于加速器的多學科平臺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)展的保證參考文獻第二章 加速器磁鐵技術(shù)2.1 加速器磁鐵的主要類型2.2 加速器磁鐵磁場的基本形態(tài)和磁場分析2.2.1 磁場的基本特性2.2.2 磁場的基本形態(tài)和磁場分析2.3 加速器常規(guī)磁鐵的設計和建造2.3.1 鐵心磁鐵設計的給定要求和設計的一般考慮2.3.2 常規(guī)磁鐵的極面設計2.3.3 極極體和鐵心回路2.3.4 磁鐵的端部效應2.3.5 鐵心磁鐵的端部墊補與端部削斜2.3.6 鐵心材料特性和磁鐵運行特性2.3.7 鐵心磁鐵的擾動效應2.3.8 磁鐵磁場分布的數(shù)值計算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 永磁磁鐵的擾動效應與磁場微調(diào)技術(shù)2．4．5 永磁磁鐵的組裝技術(shù)2．5 超導磁鐵2．5．1 超導材料2．5．2 超導多極磁鐵多極磁場的產(chǎn)生2．5．3 鐵軛的影響2．5．4 線圈端部的磁場2．5．5 超導磁鐵的機械精度和磁場力2．6 加速器磁鐵的磁場測量2．6．1 霍爾片磁場測量2．6．2 移動長線圈磁場測量2．6．3 旋轉(zhuǎn)線圈磁場測量參考文獻第三章 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 開關(guān)型直流電源3．3 BEPCⅡ儲存環(huán)磁鐵穩(wěn)流電源簡介3．3．1 BEPCⅡ?qū)Υ姝h(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)語定義[本章附錄2] 零磁通電流傳感器工作原理（簡稱：DCCT）參考文獻第四章 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)生的電場加速帶電粒子4．1．2 多節(jié)累積加速4．1．3 直線共振型加速器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 諧振腔和束流在實際電路中的等效4．3 儲存環(huán)高頻系統(tǒng)的設計4．3．1 設計中的儲存環(huán)高頻系統(tǒng)應達到的基本要求4．3．2 高頻加速腔設計思想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5．2．1 真空概念和測量單位5．2．2 常用公式5．3 真空系統(tǒng)的計算5．3．1 流導計算5．3．2 抽氣方程5．3．3 壓強分布計算5．3．4 蒙特卡羅模擬計算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 真空測量和檢漏方法5．5．1 真空測量方法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 儲存環(huán)真空系統(tǒng)的設計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載5．7．4 真空盒的設計5．7．5 RF屏蔽波紋管5．7．6 結(jié)束語參考文獻第六章 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6．5 切割磁鐵6．5．1 導流板型切割磁鐵6．5．2 渦流板型切割磁鐵6．5．3 Lambertson切割磁鐵參考文獻第七章 加速器束流測量技術(shù)7．1 束流測量概述7．2 束流測量物理7．2．1 束流的電磁場7．2．2 束流頻譜7．2．3 單束團7．2．4 多束團7．3 主要參數(shù)的測量方法和原理7．3．1 流強測量：BCT，DCCT，WCM，法拉第筒7．3．2 束流位置測量7．3．3 束流截面測量7．3．4 束流發(fā)射度測量7．3．5 儲存環(huán)束流能散度測量7．3．6 束團長度測量7．3．7 振蕩頻率測量7．3．8 束流損失測量7．4 逐束團束流反饋系統(tǒng)7．4．1 系統(tǒng)的主要參數(shù)7．4．2 系統(tǒng)組成參考文獻第八章 加速器控制技術(shù)8．1 計算機控制系統(tǒng)的基本概念第九章 電子直線加速器技術(shù)第十章 加速器輻射防護與安全技術(shù)索引

章節(jié)摘錄

　　對于真空盒來說，擁有好的清洗、裝配程序和正確的材料選擇，在儲存環(huán)中熱出氣只是一個很小的氣體負載，而打在真空盒內(nèi)壁上的同步輻射光將產(chǎn)生主要的氣體負載.正負電子在儲存環(huán)內(nèi)運行時，經(jīng)過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、金屬波紋管和法蘭連接處盡可能光滑過渡。為了減少真空盒壁阻抗對束流的影響，要求真空盒內(nèi)壁有好的電導性，有時在真空盒內(nèi)壁涂一層薄的電導材料（如銅或銀）是必要的。由于陶瓷部件吸收來自其他真空部件輻射的高次模能量后容易引起過熱，造成損壞，因此陶瓷部件應有好的電導性和冷卻方式?！　≡谫|(zhì)子儲存環(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又使正離子沿徑向加速并打在真空盒內(nèi)壁上。一般來說，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，導致真空系統(tǒng)壓力上升[2]。對于大的質(zhì)子儲存環(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題。質(zhì)子產(chǎn)生的同步光打在低溫壁上會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，要設計特殊的屏蔽罩來攔截同步輻射光子。而對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，同時渦流產(chǎn)生的六極磁場分量也會干擾正常的磁場工作，因此只能采用陶瓷真空盒。束流通過真空盒時，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，在陶瓷真空盒的內(nèi)表面還要鍍一層氮化鈦，用來減小二次電子發(fā)射系數(shù)。

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