加速器考試重點整理(2015)

1、加速器考試重點整理南華大學BYXIA第一章加數(shù)器的分類:按加速電場：1直流高壓式加速器 2電磁感應(yīng)式加速器 3共振式加速器按粒子種類：1電子加速器 2輕離子加速器 3重離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間 3高能加速器，能量高于1 GeV。按粒子運動軌道：1直線加速器 2回旋加速器（開螺旋線） 3同步加速器（閉合環(huán)）加速器的應(yīng)用:一、在探索和變革原子核和基本粒子方面的應(yīng)用二、在原子，分子物理，固體物理等科研方面的應(yīng)用三、元素分析利用單級和串列加速器等產(chǎn)生的低能離子束廣泛地用來進行各種樣品的元素分析，主要的技術(shù)有： 1.核反應(yīng)分析

2、 2.背散射分析3.彈性反沖探測分析 4.質(zhì)子激發(fā)X熒光分析 5.活化分析等四、在核能開發(fā)方面的應(yīng)用核反應(yīng)堆，核燃料生產(chǎn)和核武器設(shè)計制造方面都需要加速器提供有關(guān)的核反應(yīng)，核裂變和中子運動的各種核參數(shù)。五、在醫(yī)療方面的應(yīng)用1) 放射治療2)醫(yī)用同位素生產(chǎn)3)輻照消毒六、在工業(yè)上的應(yīng)用1)輻照加工2)無損檢測3)離子注入七、在農(nóng)業(yè)、生物學上的應(yīng)用1)輻照育種2)輻照保鮮3)輻照殺蟲、滅菌相對論計算E2=m 02c 2+p2c2第二章發(fā)射度定義為：用以表征帶電粒子相空間分散的程度。實用單位是米.弧（m·rad）歸一化發(fā)射度 相對速度 相對能量 歸一化發(fā)射度的大小與離子的能量無關(guān)，而主要由離

3、子源等離子體發(fā)射面的大小和離子的熱運動速度決定放電室：充入的氣體在放電室中電離，形成等離子體。按形成等離子體的不同方式。離子源分成不同的種類。但無論哪一種電離方式，在等離子體形成的過程中都是自由電子起著主要的作用。來自熱發(fā)射或場致發(fā)射的電子以及空間的自由電子，受到電場加速而具有一定的動能。它們與氣體分子碰撞將導致分子的離解和電離。分子態(tài)變成原子態(tài)稱離解分子或原子態(tài)變成分子離子或原子離子稱為電離電離的逆過程，稱為復合加速器中幾種常用的離子源：1 高頻離子源 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、工作穩(wěn)定、離子含量高。缺點：產(chǎn)生的離子種類較少 。2.潘寧離子源 可產(chǎn)生多電荷的離子 3.雙等離子體離子源 等離子體

4、的密度高4.電子回旋共振離子源 高電荷態(tài)離子源5電子束離子源 是獲得電荷態(tài)最高的多電荷源重離子加速器要求加速高電荷態(tài)的離子,得到高電荷態(tài)離子的條件是:1電離用的電子能量要高2要求電子密度高和約束時間長3工作氣壓要低第三章串激倍壓電源空載運行，理想條件：無內(nèi)阻無漏電電容柱經(jīng)反復充電，電壓逐步上升，輸出電壓可達： V = 2NVa。并激倍壓電源充放電回路皆并聯(lián)，不通過其它電容，理想條件下V=VCN=NVa串激式 并激式氣體擊穿場強與下列因素有關(guān)1）間隙長度2）氣壓3）電場均勻性4）氣體種類真空擊穿的機制主要有以下四種1. 場致發(fā)射2. 微顆粒撞擊3. 微放電4. 絕緣體表面擊穿第四章粒子在恒定常梯

5、度磁場中的運動方程 橫向振蕩方程推導軸向運動方程 將Br作泰勒級數(shù)展開：上式中Br(rc,0)=0，忽略二次以上高次項，則根據(jù)麥克斯韋方程，忽略束流本身電荷，rotB=0,由此可得 夏徑向運動方程 假設(shè)粒子偏離封閉軌道很小，近似地認為 式中r是粒子的軌道半徑，粒子徑向偏離“封閉軌道”半徑的rc值為x=rrc 所以 r=rc+x ，且x<<r ，有在封閉軌道附近，粒子在r處的軸向磁場可寫成 夏橫向運動的穩(wěn)定條件是0<n<1 自由振蕩 ：沒有外力作用，僅由于初始偏離封閉軌道而引起的橫向振蕩。解的普遍形式是 自由振蕩的振幅自由振蕩振幅的衰減隨著軌道磁場的增加，軸向和徑向振蕩振

6、幅都衰減。 粒子在非理想磁場中運動時，將受到一個附加的外力，這種有外力引起的粒子橫向震蕩是強迫震蕩。強迫振蕩特點：(1)諧波的振幅與磁場的相對畸變量 、 成正比，所以必須盡量減小磁場的相對畸變量。 (2)k 越小，強迫震蕩振幅就越大?？梢?，磁場畸變的低磁諧波引起的強迫震蕩為害最大。安裝調(diào)整加速器磁鐵時，對磁場的一、二次諧波必須進行補償，是強迫震蕩的振幅減少到最低值。 (3)強迫震蕩的頻率由此場畸變引起的外力決定，而與自由震蕩的頻率無關(guān)。 (4) 和 時軸向和徑向振幅迅速增大，強迫震蕩的頻率也迅速增大。產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 帶電粒子在周期交變梯度磁場聚焦結(jié)構(gòu)中的運動橫向運動的穩(wěn)定條件是： 四極透鏡 徑

7、向 軸向自由空間夏彎轉(zhuǎn)磁鐵帶電粒子在通過二極鐵邊緣時的轉(zhuǎn)換矩陣 夏作業(yè)題第五章感應(yīng)加速器回旋式感應(yīng)加速器只能用來加速電子不能加速質(zhì)子和重離子？ （1） r 一定，能量的增加與磁通變化量成正比。（2） 一定，磁通變化量與半徑成正比。（3）磁通變化量與速度正反比。速度越低，要求磁通變化量越大。因為能量和磁通變化量一定時，質(zhì)子的軌道半徑比電子大很多，而速度小很多，對磁通的利用率太低。磁場分布滿足下面條件：1軌道上的磁感強度隨時間增大。軌道中心的磁感強度也必須隨時間增大（因為要感生渦旋電場）；2中心的磁感強度和軌道上的磁感強度滿足2：1條件。2：1條件推導設(shè)平衡軌道 上磁感強度為 電子動量夏第六章經(jīng)典

8、回旋加速器工作原理：回旋加速頻率:是一個常數(shù)而與離子的速度或軌道半徑無關(guān) 夏高頻電壓 :每通過一次加速縫，離子能量增量為:諧振加速器的普遍條件可寫成變速聚焦作用首先忽略渡越過程中相位變化，即假定電場不變，只是粒子運動粒子受力：先聚后散由于加速，前慢（渡越時間長）、后快（渡越時間短），故總體上是聚焦的。2. 相位聚焦 實際渡越過程中相位會變，場的強度也隨之而變。 , 聚弱散強 總體上散 ,聚強散弱 總體上聚等時性回旋加速器原理若取則可使無滑相此時n<0，軸向散焦，需額外聚焦力。用沿 調(diào)變的磁場可產(chǎn)生軸向聚焦而平均場自動穩(wěn)相原理 分析相位運動第八章同步加速器分類1.電子、質(zhì)子、重離子2. 弱

9、聚焦強聚焦 組合作用 分離作用 零梯度 四極透鏡邊緣聚焦當W，需B 要保持L不變，W需 跳相P383解決方法：1跳相 需足夠快（<100ms）2分環(huán)，低能環(huán) 高，高能環(huán) 低第十章1.加速原理 :用單個諧振腔的高頻電場加速電子，用均勻靜磁場控制電子的軌道。因此，在普通電子回旋加速器中電子的軌道是一系列的相切圓，切點在諧振腔的加速縫隙處。電子每轉(zhuǎn)一圈加速一次，能量逐圈提高，而軌道磁場保持不變，所以電子的軌道將逐圈加長。由于電子的速度很快達到光速，可以近似的認為速度不變，因而電子轉(zhuǎn)一圈所需的時間也將逐圈加長。在電子回旋加速器中，高頻場的周期是不變的。為了保證諧振加速，必須改變倍頻系數(shù)，即電子轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)高頻場的周期數(shù)將逐圈增加。 TsN=ks1+(N-1)ks Tr2.諧振加速條件：電子每次進入諧振腔時，高頻電場的相位為一不變常數(shù)。第一圈電子的回旋周期：第N圈電子的回旋周期：電子回旋加速器中電子軌道跨距為：軌道長度差用 表示則：時間差約等于 (電子速度很快達到光速), 一般取1，也就是相鄰兩圈所用時間差為一個高頻周期，所以：1.電子回旋加速器中電子的軌道間距大，電子引出效率高。2.電子軌道間