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回旋加速器原理及新進展 版權信息
- ISBN：9787576309232
- 條形碼：9787576309232 ; 978-7-5763-0923-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
回旋加速器原理及新進展 內容簡介
本書共11章，簡要介紹了回旋加速器發展歷史及基本原理，系統地論述了回旋加速器束流動力學、主磁鐵、諧振腔、離子源、注入系統、引出系統等相關基本理論及對應的案例，詳細闡述了回旋加速器真空系統、電氣電源系統、控制系統等相關工程技術原理和設計，同時對超導回旋加速器和FFA加速器的發展歷史、設計原理等作了全面地介紹和分析，此外，對回旋加速器的新技術和新原理做了介紹，并探討了它們的發展前景。 本書可作為回旋加速器及相關專業的研究生教學用書，也可作為本領域及相關領域科技工作者的參考書。
回旋加速器原理及新進展 目錄
第 １ 章 引言 ……………………………………………………………………… 001
１. １ 回旋加速器的簡要描述 ……………………………………………… 002
１. ２ 回旋加速器發展的簡短歷史………………………………………… 005
１. ２. １ 經典回旋加速器 …………………………………………… 005
１. ２. ２ 同步回旋加速器 …………………………………………… 006
１. ２. ３ 扇形聚焦回旋加速器 ……………………………………… 006
１. ２. ４ 分離扇回旋加速器 ………………………………………… 007
１. ２. ５ 超導回旋加速器 …………………………………………… 008
１. ２. ６ 商用回旋加速器 …………………………………………… 009
１. ３ 基本方程和公式 ……………………………………………………… 010
１. ３. １ 回旋加速器的基本原理 …………………………………… 010
１. ３. ２ 相對論情況 ………………………………………………… 012
１. ３. ３ 引出束流的動量和能量 …………………………………… 013
１. ４ 回旋加速器的聚焦和軌道穩定性 ………………………………… 014
１. ５ 回旋加速器的主要部件和子系統 ………………………………… 017
參考文獻 ……………………………………………………………………… 020
第 ２ 章 回旋加速器束流動力學 ……………………………………………… 023
２. １ 運動方程 ……………………………………………………………… 024
２. １. １ 中心區………………………………………………………… 024
２. １. ２ 加速區………………………………………………………… 026
２. ２ 共振的一般描述 ……………………………………………………… 028
２. ２. １ 經典回旋加速器 …………………………………………… 028
２. ２. ２ 等時性回旋加速器 ………………………………………… 031
２. ３ 低能強流回旋加速器中的共振分析 ……………………………… 033
２. ３. １ ｖｒ ＝ １ 共振 …………………………………………………… 035
２. ３. ２ ２ｖｒ ＝ ２ 共振 ………………………………………………… 037
２. ３. ３ ｖｒ ＝ ２ｖｚ 共振 ………………………………………………… 038
２. ３. ４ ２ｖｚ ＝ １ 共振 ………………………………………………… 040
２. ３. ５ 空間電荷效應對ｖｚ 貢獻的估計 …………………………… 041
２. ３. ６ 軸向空間電荷效應的束流強度限制 ……………………… 042
２. ４ 實現高能強流等時性加速的原理及其試驗驗證 ………………… 043
２. ４. １ 一階共振的處理及整體布局設計 ………………………… 043
２. ４. ２ 徑向調變磁場梯度強聚焦原理 …………………………… 044
２. ４. ３ 徑向調變磁場梯度強聚焦原理的試驗驗證 ……………… 045
２. ４. ４ 小結…………………………………………………………… 047
２. ５ 束流動力學分析軟件及應用實例 ………………………………… 048
２. ５. １ 運動方程數值求解 ………………………………………… 048
２. ５. ２ 中心區軌道跟蹤軟件 ＣＹＣＬＯＮＥ ………………………… 049
２. ５. ３ 加速軌道跟蹤軟件 ＧＯＢＬＩＮ ……………………………… 054
２. ５. ４ 應用實例 …………………………………………………… 057
參考文獻 ……………………………………………………………………… 060
第 ３ 章 回旋加速器主磁鐵……………………………………………………… 063
３. １ 引言 …………………………………………………………………… 064
３. ２ 回旋加速器主磁鐵的作用及其質量控制 ………………………… 066
３. ２. １ 等時性要求和磁場形狀 …………………………………… 066
３. ２. ２ 公差控制原則 ……………………………………………… 070
３. ２. ３ 軸向和徑向聚焦 …………………………………………… 070
３. ２. ４ 共振與磁場 ………………………………………………… 071
３. ３ 主磁鐵設計 …………………………………………………………… 072
３. ３. １ 初步給定磁鐵尺寸的方法 ………………………………… 072
３. ３. ２ 磁極間氣隙 ………………………………………………… 073
３. ３. ３ 磁極間磁感應強度 ………………………………………… 073
３. ３. ４ 扇形葉片數 ………………………………………………… 074
３. ３. ５ 磁鐵的初步計算 …………………………………………… 075
３. ３. ６ 線圈水冷計算 ……………………………………………… 076
３. ３. ７ 磁鐵的詳細設計 …………………………………………… 077
３. ４ 主磁鐵施工 …………………………………………………………… 082
３. ４. １ 材料特性與選擇 …………………………………………… 082
３. ４. ２ 加工與裝配 ………………………………………………… 087
３. ４. ３ 結構變形分析與控制 ……………………………………… 090
３. ５ 磁場測量 ……………………………………………………………… 093
３. ５. １ 電磁感應法 ………………………………………………… 094
３. ５. ２ 霍爾效應法 ………………………………………………… 094
３. ５. ３ 探測線圈法的具體實現過程 ……………………………… 096
３. ５. ４ 基于霍爾探頭的測磁儀隨機誤差計算 …………………… 099
３. ６ 智能化回旋加速器主磁鐵計算機輔助工程系統 ………………… 100
３. ６. １ ＣＹＣＣＡＥ 的整體結構 ……………………………………… 100
３. ６. ２ 磁場測量數據分析與磁場墊補 …………………………… 109
參考文獻 ……………………………………………………………………… 117
第 ４ 章 回旋加速器諧振腔……………………………………………………… 121
４. １ 引言 …………………………………………………………………… 122
４. ２ 諧振腔設計的基本理論 ……………………………………………… 123
４. ２. １ 串聯和并聯諧振電路 ……………………………………… 123
４. ２. ２ 同軸線空腔諧振腔 ………………………………………… 126
４. ２. ３ 波導空腔諧振器 …………………………………………… 130
４. ３ 回旋加速器諧振腔的特點…………………………………………… 132
４. ３. １ 同軸線諧振腔 ……………………………………………… 133
４. ３. ２ 波導結構諧振腔 …………………………………………… 138
４. ４ 回旋加速器諧振腔的設計和模型測量 …………………………… 139
４. ４. １ 傳輸線近似法 ……………………………………………… 139
４. ４. ２ 傳輸線有效長度和特性阻抗 ……………………………… 142
４. ４. ３ 功率損耗和 Ｑ 值 …………………………………………… 144
４. ４. ４ 波導結構諧振腔的基本設計 ……………………………… 145
４. ４. ５ 調諧和耦合 ………………………………………………… 146
４. ４. ６ 模型測試 …………………………………………………… 150
４. ５ 諧振腔設計的數值分析和計算機軟件 …………………………… 152
４. ５. １ 二維計算軟件與實例分析 ………………………………… 152
４. ５. ２ 三維計算軟件與實例分析 ………………………………… 157
４. ６ 腔體設計應考慮的一些工程技術問題 …………………………… 161
４. ７ 緊湊型回旋加速器諧振腔的設計及木模試驗 …………………… 163
４. ７. １ 雙內桿高頻諧振腔的三維數值模擬與優化設計………… 164
４. ７. ２ 腔體的功率損耗及水冷等工程技術問題 ………………… 167
４. ７. ３ 腔體的木模試驗 …………………………………………… 172
４. ８ 小結 …………………………………………………………………… 174
參考文獻 ……………………………………………………………………… 175
第 ５ 章 回旋加速器的離子源 ………………………………………………… 177
５. １ 離子束參數 …………………………………………………………… 178
５. １. １ 束流強度、 能量和能散度 ………………………………… 178
５. １. ２ 束流的橫向分布、 束流半徑和發散度 …………………… 179
５. １. ３ 束流發射度和束流亮度 …………………………………… 181
５. １. ４ 束流在相空間中的演變 …………………………………… 183
５. ２ 內部離子源 …………………………………………………………… 184
５. ２. １ 熱陰極潘寧離子源 ………………………………………… 185
５. ２. ２ 冷陰極潘寧負氫離子源 …………………………………… 187
５. ３ 外部離子源 …………………………………………………………… 189
５. ３. １ 電子回旋共振 （ＥＣＲ） 離子源 …………………………… 189
５. ３. ２ 會切場強流負氫離子源 …………………………………… 196
參考文獻 ……………………………………………………………………… 203
第 ６ 章 回旋加速器的注入系統 ……………………………………………… 205
６. １ 引言 …………………………………………………………………… 206
６. ２ 水平注入 ……………………………………………………………… 208
６. ２. １ 重離子剝離注入 …………………………………………… 208
６. ２. ２ 中性束流注入 ……………………………………………… 210
６. ３ 軸向注入 ……………………………………………………………… 211
６. ３. １ 軸向注入線 ………………………………………………… 213
６. ３. ２ 軸向注入的相空間匹配 …………………………………… 215
６. ３. ３ 注入偏轉板 ………………………………………………… 217
６. ４ 中心區 ………………………………………………………………… 223
６. ４. １ 緊湊型回旋加速器 ………………………………………… 225
６. ４. ２ 分離扇回旋加速器 ………………………………………… 230
６. ５ 軸向注入系統與中心區的設計實例 ……………………………… 233
６. ５. １ 軸向注入系統通用試驗臺架的設計 ……………………… 234
６. ５. ２ ＣＹＣＩＡＥ － １００ 的軸向注入線設計 ………………………… 238
６. ５. ３ ＣＹＣＩＡＥ － ３０ 螺旋形偏轉板的設計與加工 ……………… 238
６. ５. ４ ＣＹＣＩＡＥ － １００ 中心區的設計 ……………………………… 246
參考文獻 ……………………………………………………………………… 249
第 ７ 章 回旋加速器引出系統 ………………………………………………… 253
７. １ 引言 …………………………………………………………………… 255
７. ２ 引出區的軌道分離 …………………………………………………… 256
７. ２. １ 圈間距的一般性描述 ……………………………………… 257
７. ２. ２ 加速過程的圈距 …………………………………………… 257
７. ２. ３ 進動和共振引起的圈間距 ………………………………… 259
７. ２. ４ 磁場一次諧波的作用 ……………………………………… 261
７. ３ 早期同步回旋加速器的引出方法 ………………………………… 262
７. ４ 進動引出 ……………………………………………………………… 264
７. ４. １ 高頻相位混合 ……………………………………………… 264
７. ４. ２ 進動引出方法 ……………………………………………… 264
７. ５ 多圈和單圈引出 ……………………………………………………… 266
７. ６ 正離子回旋加速器的其他引出方法 ……………………………… 268
７. ７ 束流引出的偏轉與導向裝置………………………………………… 271
７. ８ 回旋加速器共振進動引出實例……………………………………… 273
７. ９ 剝離引出 ……………………………………………………………… 275
７. ９. １ 剝離引出方法介紹 ………………………………………… 275
７. ９. ２ 剝離引出方法的原理 ……………………………………… 278
７. ９. ３ 剝離引出的軌道跟蹤 ……………………………………… 279
７. ９. ４ 剝離引出方法的一些重要特性 …………………………… 282
７. ９. ５ 剝離引出的能散 …………………………………………… 283
７. ９. ６ 剝離膜厚度的估算 ………………………………………… 284
７. ９. ７ 剝離膜引起的角度散射和能量散射 ……………………… 285
７. １０ 緊湊型回旋加速器負離子剝離引出實例 ………………………… 286
７. １０. １ 剝離點的計算 ……………………………………………… 287
７. １０. ２ 引出開關磁鐵的作用……………………………………… 288
７. １０. ３ 束流光學特性分析 ………………………………………… 289
７. １０. ４ 剝離靶裝置 ………………………………………………… 290
參考文獻 ……………………………………………………………………… 292
第 ８ 章 回旋加速器相關工程技術 …………………………………………… 295
８. １ 回旋加速器真空系統 ………………………………………………… 296
８. １. １ 真空技術基礎 ……………………………………………… 296
８. １. ２ 回旋加速器真空系統的特點和要求 ……………………… 305
８. １. ３ 回旋加速器真空技術的發展 ……………………………… 308
８. １. ４ 回旋加速器真空系統設計示例 …………………………… 311
８. ２ 回旋加速器的電氣、 電源系統……………………………………… 318
８. ２. １ 電氣系統 …………………………………………………… 318
８. ２. ２ 電源系統 …………………………………………………… 322
８. ３ 回旋加速器的控制系統 ……………………………………………… 327
８. ３. １ 控制器………………………………………………………… 330
８. ３. ２ ＰＬＣ 控制流程設計 ………………………………………… 331
８. ３. ３ 前端計算機 ………………………………………………… 336
８. ４ 回旋加速器的束流診斷技術………………………………………… 342
８. ４. １ 束流強度測量裝置 ………………………………………… 343
８. ４. ２ 束流位置與截面測量設備 ………………………………… 347
８. ４. ３ 束流發射度測量儀 ………………………………………… 351
８. ４. ４ 徑向插入探測靶 …………………………………………… 353
８. ４. ５ 束流相位靶 ………………………………………………… 354
８. ４. ６ 雙限縫裝置 ………………………………………………… 355
８. ４. ７ 用于回旋加速器內部的其他診斷裝置 …………………… 355
８. ４. ８ 束流信號處理系統及計算機接口 ………………………… 356
參考文獻 ……………………………………………………………………… 357
第 ９ 章 超導回旋加速器………………………………………………………… 361
９. １ 超導回旋加速器的發展簡介………………………………………… 362
９. ２ 超導回旋加速器的設計原理和關鍵設備研發 …………………… 363
９. ２. １ 超導回旋加速器的主磁鐵設計及靜態軌道計算………… 363
９. ２. ２ 束流動力學規劃及共振分析 ……………………………… 368
９. ２. ３ ２３０ ＭｅＶ 超導回旋加速器從離子源到束流
引出的軌道全程跟蹤 ……………………………………… 372
９. ２. ４ 超導線圈與低溫系統 ……………………………………… 382
９. ２. ５ 磁場測量與墊補 …………………………………………… 385
９. ２. ６ 高頻系統 …………………………………………………… 393
９. ２. ７ 離子源與中心區 …………………………………………… 397
９. ２. ８ 引出系統 …………………………………………………… 400
９. ２. ９ 快速調強系統 ……………………………………………… 403
９. ３ 未來質子治療系統中應用超導技術的新進展 …………………… 405
參考文獻 ……………………………………………………………………… 408
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回旋加速器原理及新進展 作者簡介
張天爵，男，中國原子能科學研究院研究員，副總工程師，錢三強科技獎獲得者。長期致力于強流加速器研發，先后任日本大阪大學、我國清華大學、中科大、華中科大兼職教授、聯合博導，指導碩士、博士研究生40多人次。國家百千萬人才工程人選，國家杰出青年基金獲得者，原子能院“突出貢獻人物”。發表論文300余篇，授權發明專利80余項。主持編制國際第一項回旋加速器標準，以及2項國家標準。成果兩次被兩院院士投票評為“中國十大科技進展新聞”。
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