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  • 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




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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”。

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