加速器考试重点整理(2015)

1、加速器考试重点整理南华大学BYXIA第一章加数器的分类:按加速电场：1直流高压式加速器 2电磁感应式加速器 3共振式加速器按粒子种类：1电子加速器 2轻离子加速器 3重离子加速器按加速粒子能量：1低能加速器，能量在100 MeV以下 2中能加速器，能量在0.11GeV间 3高能加速器，能量高于1 GeV。按粒子运动轨道：1直线加速器 2回旋加速器（开螺旋线） 3同步加速器（闭合环）加速器的应用:一、在探索和变革原子核和基本粒子方面的应用二、在原子，分子物理，固体物理等科研方面的应用三、元素分析利用单级和串列加速器等产生的低能离子束广泛地用来进行各种样品的元素分析，主要的技术有： 1.核反应分析

2、 2.背散射分析3.弹性反冲探测分析 4.质子激发X荧光分析 5.活化分析等四、在核能开发方面的应用核反应堆，核燃料生产和核武器设计制造方面都需要加速器提供有关的核反应，核裂变和中子运动的各种核参数。五、在医疗方面的应用1) 放射治疗2)医用同位素生产3)辐照消毒六、在工业上的应用1)辐照加工2)无损检测3)离子注入七、在农业、生物学上的应用1)辐照育种2)辐照保鲜3)辐照杀虫、灭菌相对论计算E2=m 02c 2+p2c2第二章发射度定义为：用以表征带电粒子相空间分散的程度。实用单位是米.弧（m·rad）归一化发射度 相对速度 相对能量 归一化发射度的大小与离子的能量无关，而主要由离

3、子源等离子体发射面的大小和离子的热运动速度决定放电室：充入的气体在放电室中电离，形成等离子体。按形成等离子体的不同方式。离子源分成不同的种类。但无论哪一种电离方式，在等离子体形成的过程中都是自由电子起着主要的作用。来自热发射或场致发射的电子以及空间的自由电子，受到电场加速而具有一定的动能。它们与气体分子碰撞将导致分子的离解和电离。分子态变成原子态称离解分子或原子态变成分子离子或原子离子称为电离电离的逆过程，称为复合加速器中几种常用的离子源：1 高频离子源 优点：结构简单、寿命长、工作稳定、离子含量高。缺点：产生的离子种类较少 。2.潘宁离子源 可产生多电荷的离子 3.双等离子体离子源 等离子体

4、的密度高4.电子回旋共振离子源 高电荷态离子源5电子束离子源 是获得电荷态最高的多电荷源重离子加速器要求加速高电荷态的离子,得到高电荷态离子的条件是:1电离用的电子能量要高2要求电子密度高和约束时间长3工作气压要低第三章串激倍压电源空载运行，理想条件：无内阻无漏电电容柱经反复充电，电压逐步上升，输出电压可达： V = 2NVa。并激倍压电源充放电回路皆并联，不通过其它电容，理想条件下V=VCN=NVa串激式 并激式气体击穿场强与下列因素有关1）间隙长度2）气压3）电场均匀性4）气体种类真空击穿的机制主要有以下四种1. 场致发射2. 微颗粒撞击3. 微放电4. 绝缘体表面击穿第四章粒子在恒定常梯

5、度磁场中的运动方程 横向振荡方程推导轴向运动方程 将Br作泰勒级数展开：上式中Br(rc,0)=0，忽略二次以上高次项，则根据麦克斯韦方程，忽略束流本身电荷，rotB=0,由此可得 夏径向运动方程 假设粒子偏离封闭轨道很小，近似地认为 式中r是粒子的轨道半径，粒子径向偏离“封闭轨道”半径的rc值为x=rrc 所以 r=rc+x ，且x<<r ，有在封闭轨道附近，粒子在r处的轴向磁场可写成 夏横向运动的稳定条件是0<n<1 自由振荡 ：没有外力作用，仅由于初始偏离封闭轨道而引起的横向振荡。解的普遍形式是 自由振荡的振幅自由振荡振幅的衰减随着轨道磁场的增加，轴向和径向振荡振

6、幅都衰减。 粒子在非理想磁场中运动时，将受到一个附加的外力，这种有外力引起的粒子横向震荡是强迫震荡。强迫振荡特点：(1)谐波的振幅与磁场的相对畸变量 、 成正比，所以必须尽量减小磁场的相对畸变量。 (2)k 越小，强迫震荡振幅就越大。可见，磁场畸变的低磁谐波引起的强迫震荡为害最大。安装调整加速器磁铁时，对磁场的一、二次谐波必须进行补偿，是强迫震荡的振幅减少到最低值。 (3)强迫震荡的频率由此场畸变引起的外力决定，而与自由震荡的频率无关。 (4) 和 时轴向和径向振幅迅速增大，强迫震荡的频率也迅速增大。产生共振现象。 带电粒子在周期交变梯度磁场聚焦结构中的运动横向运动的稳定条件是： 四极透镜 径

7、向 轴向自由空间夏弯转磁铁带电粒子在通过二极铁边缘时的转换矩阵 夏作业题第五章感应加速器回旋式感应加速器只能用来加速电子不能加速质子和重离子？ （1） r 一定，能量的增加与磁通变化量成正比。（2） 一定，磁通变化量与半径成正比。（3）磁通变化量与速度正反比。速度越低，要求磁通变化量越大。因为能量和磁通变化量一定时，质子的轨道半径比电子大很多，而速度小很多，对磁通的利用率太低。磁场分布满足下面条件：1轨道上的磁感强度随时间增大。轨道中心的磁感强度也必须随时间增大（因为要感生涡旋电场）；2中心的磁感强度和轨道上的磁感强度满足2：1条件。2：1条件推导设平衡轨道 上磁感强度为 电子动量夏第六章经典

8、回旋加速器工作原理：回旋加速频率:是一个常数而与离子的速度或轨道半径无关 夏高频电压 :每通过一次加速缝，离子能量增量为:谐振加速器的普遍条件可写成变速聚焦作用首先忽略渡越过程中相位变化，即假定电场不变，只是粒子运动粒子受力：先聚后散由于加速，前慢（渡越时间长）、后快（渡越时间短），故总体上是聚焦的。2. 相位聚焦 实际渡越过程中相位会变，场的强度也随之而变。 , 聚弱散强 总体上散 ,聚强散弱 总体上聚等时性回旋加速器原理若取则可使无滑相此时n<0，轴向散焦，需额外聚焦力。用沿 调变的磁场可产生轴向聚焦而平均场自动稳相原理 分析相位运动第八章同步加速器分类1.电子、质子、重离子2. 弱

9、聚焦强聚焦 组合作用 分离作用 零梯度 四极透镜边缘聚焦当W，需B 要保持L不变，W需 跳相P383解决方法：1跳相 需足够快（<100ms）2分环，低能环 高，高能环 低第十章1.加速原理 :用单个谐振腔的高频电场加速电子，用均匀静磁场控制电子的轨道。因此，在普通电子回旋加速器中电子的轨道是一系列的相切圆，切点在谐振腔的加速缝隙处。电子每转一圈加速一次，能量逐圈提高，而轨道磁场保持不变，所以电子的轨道将逐圈加长。由于电子的速度很快达到光速，可以近似的认为速度不变，因而电子转一圈所需的时间也将逐圈加长。在电子回旋加速器中，高频场的周期是不变的。为了保证谐振加速，必须改变倍频系数，即电子转一圈的时间内高频场的周期数将逐圈增加。 TsN=ks1+(N-1)ks Tr2.谐振加速条件：电子每次进入谐振腔时，高频电场的相位为一不变常数。第一圈电子的回旋周期：第N圈电子的回旋周期：电子回旋加速器中电子轨道跨距为：轨道长度差用 表示则：时间差约等于 (电子速度很快达到光速), 一般取1，也就是相邻两圈所用时间差为一个高频周期，所以：1.电子回旋加速器中电子的轨道间距大，电子引出效率高。2.电子轨道间