- ISBN:9787576309232
- 装帧:一般胶版纸
- 册数:暂无
- 重量:暂无
- 开本:16开
- 页数:516
- 出版时间:2022-03-01
- 条形码:9787576309232 ; 978-7-5763-0923-2
内容简介
本书共11章,简要介绍了回旋加速器发展历史及基本原理,系统地论述了回旋加速器束流动力学、主磁铁、谐振腔、离子源、注入系统、引出系统等相关基本理论及对应的案例,详细阐述了回旋加速器真空系统、电气电源系统、控制系统等相关工程技术原理和设计,同时对超导回旋加速器和FFA加速器的发展历史、设计原理等作了全面地介绍和分析,此外,对回旋加速器的新技术和新原理做了介绍,并探讨了它们的发展前景。 本书可作为回旋加速器及相关专业的研究生教学用书,也可作为本领域及相关领域科技工作者的参考书。
目录
第 1 章 引言 ……………………………………………………………………… 001
1. 1 回旋加速器的简要描述 ……………………………………………… 002
1. 2 回旋加速器发展的简短历史………………………………………… 005
1. 2. 1 经典回旋加速器 …………………………………………… 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 分离扇回旋加速器 ………………………………………… 007
1. 2. 5 超导回旋加速器 …………………………………………… 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 相对论情况 ………………………………………………… 012
1. 3. 3 引出束流的动量和能量 …………………………………… 013
1. 4 回旋加速器的聚焦和轨道稳定性 ………………………………… 014
1. 5 回旋加速器的主要部件和子系统 ………………………………… 017
参考文献 ……………………………………………………………………… 020
第 2 章 回旋加速器束流动力学 ……………………………………………… 023
2. 1 运动方程 ……………………………………………………………… 024
2. 1. 1 中心区………………………………………………………… 024
2. 1. 2 加速区………………………………………………………… 026
2. 2 共振的一般描述 ……………………………………………………… 028
2. 2. 1 经典回旋加速器 …………………………………………… 028
2. 2. 2 等时性回旋加速器 ………………………………………… 031
2. 3 低能强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 空间电荷效应对vz 贡献的估计 …………………………… 041
2. 3. 6 轴向空间电荷效应的束流强度限制 ……………………… 042
2. 4 实现高能强流等时性加速的原理及其试验验证 ………………… 043
2. 4. 1 一阶共振的处理及整体布局设计 ………………………… 043
2. 4. 2 径向调变磁场梯度强聚焦原理 …………………………… 044
2. 4. 3 径向调变磁场梯度强聚焦原理的试验验证 ……………… 045
2. 4. 4 小结…………………………………………………………… 047
2. 5 束流动力学分析软件及应用实例 ………………………………… 048
2. 5. 1 运动方程数值求解 ………………………………………… 048
2. 5. 2 中心区轨道跟踪软件 CYCLONE ………………………… 049
2. 5. 3 加速轨道跟踪软件 GOBLIN ……………………………… 054
2. 5. 4 应用实例 …………………………………………………… 057
参考文献 ……………………………………………………………………… 060
第 3 章 回旋加速器主磁铁……………………………………………………… 063
3. 1 引言 …………………………………………………………………… 064
3. 2 回旋加速器主磁铁的作用及其质量控制 ………………………… 066
3. 2. 1 等时性要求和磁场形状 …………………………………… 066
3. 2. 2 公差控制原则 ……………………………………………… 070
3. 2. 3 轴向和径向聚焦 …………………………………………… 070
3. 2. 4 共振与磁场 ………………………………………………… 071
3. 3 主磁铁设计 …………………………………………………………… 072
3. 3. 1 初步给定磁铁尺寸的方法 ………………………………… 072
3. 3. 2 磁极间气隙 ………………………………………………… 073
3. 3. 3 磁极间磁感应强度 ………………………………………… 073
3. 3. 4 扇形叶片数 ………………………………………………… 074
3. 3. 5 磁铁的初步计算 …………………………………………… 075
3. 3. 6 线圈水冷计算 ……………………………………………… 076
3. 3. 7 磁铁的详细设计 …………………………………………… 077
3. 4 主磁铁施工 …………………………………………………………… 082
3. 4. 1 材料特性与选择 …………………………………………… 082
3. 4. 2 加工与装配 ………………………………………………… 087
3. 4. 3 结构变形分析与控制 ……………………………………… 090
3. 5 磁场测量 ……………………………………………………………… 093
3. 5. 1 电磁感应法 ………………………………………………… 094
3. 5. 2 霍尔效应法 ………………………………………………… 094
3. 5. 3 探测线圈法的具体实现过程 ……………………………… 096
3. 5. 4 基于霍尔探头的测磁仪随机误差计算 …………………… 099
3. 6 智能化回旋加速器主磁铁计算机辅助工程系统 ………………… 100
3. 6. 1 CYCCAE 的整体结构 ……………………………………… 100
3. 6. 2 磁场测量数据分析与磁场垫补 …………………………… 109
参考文献 ……………………………………………………………………… 117
第 4 章 回旋加速器谐振腔……………………………………………………… 121
4. 1 引言 …………………………………………………………………… 122
4. 2 谐振腔设计的基本理论 ……………………………………………… 123
4. 2. 1 串联和并联谐振电路 ……………………………………… 123
4. 2. 2 同轴线空腔谐振腔 ………………………………………… 126
4. 2. 3 波导空腔谐振器 …………………………………………… 130
4. 3 回旋加速器谐振腔的特点…………………………………………… 132
4. 3. 1 同轴线谐振腔 ……………………………………………… 133
4. 3. 2 波导结构谐振腔 …………………………………………… 138
4. 4 回旋加速器谐振腔的设计和模型测量 …………………………… 139
4. 4. 1 传输线近似法 ……………………………………………… 139
4. 4. 2 传输线有效长度和特性阻抗 ……………………………… 142
4. 4. 3 功率损耗和 Q 值 …………………………………………… 144
4. 4. 4 波导结构谐振腔的基本设计 ……………………………… 145
4. 4. 5 调谐和耦合 ………………………………………………… 146
4. 4. 6 模型测试 …………………………………………………… 150
4. 5 谐振腔设计的数值分析和计算机软件 …………………………… 152
4. 5. 1 二维计算软件与实例分析 ………………………………… 152
4. 5. 2 三维计算软件与实例分析 ………………………………… 157
4. 6 腔体设计应考虑的一些工程技术问题 …………………………… 161
4. 7 紧凑型回旋加速器谐振腔的设计及木模试验 …………………… 163
4. 7. 1 双内杆高频谐振腔的三维数值模拟与优化设计………… 164
4. 7. 2 腔体的功率损耗及水冷等工程技术问题 ………………… 167
4. 7. 3 腔体的木模试验 …………………………………………… 172
4. 8 小结 …………………………………………………………………… 174
参考文献 ……………………………………………………………………… 175
第 5 章 回旋加速器的离子源 ………………………………………………… 177
5. 1 离子束参数 …………………………………………………………… 178
5. 1. 1 束流强度、 能量和能散度 ………………………………… 178
5. 1. 2 束流的横向分布、 束流半径和发散度 …………………… 179
5. 1. 3 束流发射度和束流亮度 …………………………………… 181
5. 1. 4 束流在相空间中的演变 …………………………………… 183
5. 2 内部离子源 …………………………………………………………… 184
5. 2. 1 热阴极潘宁离子源 ………………………………………… 185
5. 2. 2 冷阴极潘宁负氢离子源 …………………………………… 187
5. 3 外部离子源 …………………………………………………………… 189
5. 3. 1 电子回旋共振 (ECR) 离子源 …………………………… 189
5. 3. 2 会切场强流负氢离子源 …………………………………… 196
参考文献 ……………………………………………………………………… 203
第 6 章 回旋加速器的注入系统 ……………………………………………… 205
6. 1 引言 …………………………………………………………………… 206
6. 2 水平注入 ……………………………………………………………… 208
6. 2. 1 重离子剥离注入 …………………………………………… 208
6. 2. 2 中性束流注入 ……………………………………………… 210
6. 3 轴向注入 ……………………………………………………………… 211
6. 3. 1 轴向注入线 ………………………………………………… 213
6. 3. 2 轴向注入的相空间匹配 …………………………………… 215
6. 3. 3 注入偏转板 ………………………………………………… 217
6. 4 中心区 ………………………………………………………………… 223
6. 4. 1 紧凑型回旋加速器 ………………………………………… 225
6. 4. 2 分离扇回旋加速器 ………………………………………… 230
6. 5 轴向注入系统与中心区的设计实例 ……………………………… 233
6. 5. 1 轴向注入系统通用试验台架的设计 ……………………… 234
6. 5. 2 CYCIAE - 100 的轴向注入线设计 ………………………… 238
6. 5. 3 CYCIAE - 30 螺旋形偏转板的设计与加工 ……………… 238
6. 5. 4 CYCIAE - 100 中心区的设计 ……………………………… 246
参考文献 ……………………………………………………………………… 249
第 7 章 回旋加速器引出系统 ………………………………………………… 253
7. 1 引言 …………………………………………………………………… 255
7. 2 引出区的轨道分离 …………………………………………………… 256
7. 2. 1 圈间距的一般性描述 ……………………………………… 257
7. 2. 2 加速过程的圈距 …………………………………………… 257
7. 2. 3 进动和共振引起的圈间距 ………………………………… 259
7. 2. 4 磁场一次谐波的作用 ……………………………………… 261
7. 3 早期同步回旋加速器的引出方法 ………………………………… 262
7. 4 进动引出 ……………………………………………………………… 264
7. 4. 1 高频相位混合 ……………………………………………… 264
7. 4. 2 进动引出方法 ……………………………………………… 264
7. 5 多圈和单圈引出 ……………………………………………………… 266
7. 6 正离子回旋加速器的其他引出方法 ……………………………… 268
7. 7 束流引出的偏转与导向装置………………………………………… 271
7. 8 回旋加速器共振进动引出实例……………………………………… 273
7. 9 剥离引出 ……………………………………………………………… 275
7. 9. 1 剥离引出方法介绍 ………………………………………… 275
7. 9. 2 剥离引出方法的原理 ……………………………………… 278
7. 9. 3 剥离引出的轨道跟踪 ……………………………………… 279
7. 9. 4 剥离引出方法的一些重要特性 …………………………… 282
7. 9. 5 剥离引出的能散 …………………………………………… 283
7. 9. 6 剥离膜厚度的估算 ………………………………………… 284
7. 9. 7 剥离膜引起的角度散射和能量散射 ……………………… 285
7. 10 紧凑型回旋加速器负离子剥离引出实例 ………………………… 286
7. 10. 1 剥离点的计算 ……………………………………………… 287
7. 10. 2 引出开关磁铁的作用……………………………………… 288
7. 10. 3 束流光学特性分析 ………………………………………… 289
7. 10. 4 剥离靶装置 ………………………………………………… 290
参考文献 ……………………………………………………………………… 292
第 8 章 回旋加速器相关工程技术 …………………………………………… 295
8. 1 回旋加速器真空系统 ………………………………………………… 296
8. 1. 1 真空技术基础 ……………………………………………… 296
8. 1. 2 回旋加速器真空系统的特点和要求 ……………………… 305
8. 1. 3 回旋加速器真空技术的发展 ……………………………… 308
8. 1. 4 回旋加速器真空系统设计示例 …………………………… 311
8. 2 回旋加速器的电气、 电源系统……………………………………… 318
8. 2. 1 电气系统 …………………………………………………… 318
8. 2. 2 电源系统 …………………………………………………… 322
8. 3 回旋加速器的控制系统 ……………………………………………… 327
8. 3. 1 控制器………………………………………………………… 330
8. 3. 2 PLC 控制流程设计 ………………………………………… 331
8. 3. 3 前端计算机 ………………………………………………… 336
8. 4 回旋加速器的束流诊断技术………………………………………… 342
8. 4. 1 束流强度测量装置 ………………………………………… 343
8. 4. 2 束流位置与截面测量设备 ………………………………… 347
8. 4. 3 束流发射度测量仪 ………………………………………… 351
8. 4. 4 径向插入探测靶 …………………………………………… 353
8. 4. 5 束流相位靶 ………………………………………………… 354
8. 4. 6 双限缝装置 ………………………………………………… 355
8. 4. 7 用于回旋加速器内部的其他诊断装置 …………………… 355
8. 4. 8 束流信号处理系统及计算机接口 ………………………… 356
参考文献 ……………………………………………………………………… 357
第 9 章 超导回旋加速器………………………………………………………… 361
9. 1 超导回旋加速器的发展简介………………………………………… 362
9. 2 超导回旋加速器的设计原理和关键设备研发 …………………… 363
9. 2. 1 超导回旋加速器的主磁铁设计及静态轨道计算………… 363
9. 2. 2 束流动力学规划及共振分析 ……………………………… 368
9. 2. 3 230 MeV 超导回旋加速器从离子源到束流
引出的轨道全程跟踪 ……………………………………… 372
9. 2. 4 超导线圈与低温系统 ……………………………………… 382
9. 2. 5 磁场测量与垫补 …………………………………………… 385
9. 2. 6 高频系统 …………………………………………………… 393
9. 2. 7 离子源与中心区 …………………………………………… 397
9. 2. 8 引出系统 …………………………………………………… 400
9. 2. 9 快速调强系统 ……………………………………………… 403
9. 3 未来质子治疗系统中应用超导技术的新进展 …………………… 405
参考文献 ……………………………………………………………………… 408
作者简介
张天爵,男,中国原子能科学研究院研究员,副总工程师,钱三强科技奖获得者。长期致力于强流加速器研发,先后任日本大阪大学、我国清华大学、中科大、华中科大兼职教授、联合博导,指导硕士、博士研究生40多人次。国家百千万人才工程人选,国家杰出青年基金获得者,原子能院“突出贡献人物”。发表论文300余篇,授权发明专利80余项。主持编制国际**项回旋加速器标准,以及2项国家标准。成果两次被两院院士投票评为“中国十大科技进展新闻”。
-
铁道之旅:19世纪空间与时间的工业化
¥20.7¥59.0 -
金属材料及热处理
¥46.1¥72.0 -
实用电气计算
¥64.2¥88.0 -
实用精细化学品丛书--陶瓷添加剂:配方·性能·应用(第二版)
¥51.8¥69.0 -
中国传统民俗文化:建筑系列:中国古代桥梁
¥18.6¥58.0 -
嗨印刷工艺(Vol1烫印)(精)
¥147.4¥268.0 -
西门子S7-1200 PLC项目化教程
¥39.4¥54.0 -
气动系统装调与PLC控制
¥29.1¥39.8 -
高聚物粘结及其性能
¥34.8¥120.0 -
液压控制系统
¥10.5¥31.0 -
汽车风云人物
¥20.5¥50.0 -
品牌鞋靴产品策划-从创意到产品
¥26.5¥42.0 -
城市桥梁工程施工与质量验收手册-(含光盘)
¥61.6¥78.0 -
城镇道路工程施工与质量验收规范实施手册
¥13.3¥39.0 -
毛皮加工及质量鉴定
¥1.7¥6.0 -
宣纸制造
¥6.0¥20.0 -
航空发动机限寿件概率损伤容限评估概述
¥67.8¥88.0 -
天才武器
¥42.0¥60.0 -
中国再制造进展
¥88.5¥118.0 -
中国烹饪工艺学粤菜教程
¥48.4¥59.8