本书重点介绍小型质子同步加速器的相关物理和技术基础。全书共21章，其中前8章主要介绍加速器物理基础，包括单粒子动力学、束流与相空间、周期性聚焦结构、磁场缺陷及非线性动力学、纵向粒子动力学、高频加速系统、束流的注入和引出等基本概念，并给出几个同步加速器的物理设计实例；后13章则重点介绍建造加速器所需的多学科专业基础知识，包括离子源、直线加速器技术、高频功率源及低电平控制系统、加速器磁铁技术、加速器电源技术、加速器束流测量技术、加速器控制技术、加速器真空技术、加速器辐射防护与安全、加速器准直技术、加速器通用设施、虚拟加速器及束流调试和加速器工程项目管理等内容。
样章试读
目录
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丛书序
前言
第1章 单粒子动力学 1
1.1 加速器物理常用坐标系 1
1.2 线性运动方程及其通解 3
1.3 线性运动方程通解的传输矩阵形式 7
第2章 束流与相空间 15
2.1 束流的相空间与刘维定理 15
2.2 束流的发射度与接受度 19
2.3 束流的Twiss参数与σ矩阵 21
2.4 色散函数及其求解 23
第3章 周期性聚焦结构 27
3.1 环形加速器的周期性条件与闭合轨道 27
3.2 β函数的求解 28
3.3 色散函数的求解 31
3.4 Lattice设计的一般准则 32
第4章 磁场缺陷及非线性动力学 41
4.1 二极场误差与闭轨畸变 41
4.2 四极场误差与工作点漂移 44
4.3 横向振荡中的共振现象 46
4.4 色品及其补偿 48
4.5 横向耦合运动 50
4.6 非线性作用和动力学孔径 51
第5章 纵向粒子动力学 54
5.1 纵向运动的基本概念 55
5.2 相运动方程的推导 57
5.3 相运动方程的求解 58
5.4 同步加速器中的同步关系 62
5.5 ORBIT程序简介 67
第6章 高频加速系统 69
6.1 波动方程及其求解 69
6.2 高频腔与LC振荡回路 77
6.3 高频腔特征参数 78
6.4 高频腔设计基础 80
6.5 高频腔的测量方法 82
第7章 束流的注入和引出 84
7.1 束流的注入 84
7.2 束流的引出 89
第8章 同步加速器物理设计实例 105
8.1 西安200MeV质子应用装置 105
8.1.1 同步环Lattice设计 105
8.1.2 注入系统设计 109
8.1.3 引出系统设计 112
8.2 XiPAF重离子升级工程 115
8.2.1 同步环Lattice设计 116
8.2.2 注入系统设计 119
8.2.3 引出系统设计 123
8.3 超导质子重离子装置 125
第9章 离子源 130
9.1 常见的离子源分类 130
9.2 离子源主要技术指标 133
9.3 典型ECR离子源简介 135
第10章 直线加速器技术 144
10.1 RFQ加速器 144
10.1.1 RFQ加速器基本原理 144
10.1.2 RFQ加速器束流动力学 147
10.1.3 动力学设计方法 151
10.1.4 RFQ射频结构 155
10.2 DTL 加速器 159
10.2.1 纵向束流动力学 160
10.2.2 横向束流动力学 162
10.2.3 主要腔型及射频模式 164
10.2.4 动力学设计方法 164
10.2.5 动力学设计步骤 167
第11章 高频功率源及低电平控制系统 171
11.1 高频功率源系统 171
11.1.1 功率放大器 171
11.1.2 功率传输系统 173
11.2 低电平控制系统 176
11.2.1 国内外研究现状 176
11.2.2 低电平幅相反馈控制工作原理 179
第12章 加速器磁铁技术 181
12.1 加速器中的磁场 181
12.1.1 表征磁场的物理量 181
12.1.2 磁场的高阶展开及分析 183
12.2 加速器常规磁铁物理设计 188
12.2.1 二极磁铁的极面设计 189
12.2.2 四极磁铁的极面设计 195
12.2.3 六极磁铁、八极磁铁等的极面设计 200
12.3 加速器常规磁铁机械设计 203
12.3.1 铁芯设计 203
12.3.2 线圈设计 205
12.4 加速器常规磁铁测量技术 207
12.4.1 霍尔片测量 207
12.4.2 积分线圈测量 208
12.4.3 旋转线圈测量 209
第13章 加速器电源技术 214
13.1 加速器电源系统简介 214
13.1.1 加速器电源系统的特点 214
13.1.2 加速器电源的组成及工作原理 215
13.1.3 加速器电源的基本结构类型 216
13.2 加速器电源的主要技术指标及测试方法 219
13.3 XiPAF加速器电源系统 224
13.3.1 XiPAF加速器电源系统简介 224
13.3.2 XiPAF稳流电源基本要求 224
13.3.3 XiPAF典型稳流电源简介 225
第14章 加速器束流测量技术 228
14.1 束流强度测量 228
14.1.1 法拉第筒 228
14.1.2 束流变压器 229
14.1.3 电离室 232
14.2 束流位置测量 233
14.2.1 纽扣型BPM 233
14.2.2 条带型BPM 234
14.2.3 鞋盒型BPM 236
14.2.4 BPM信号处理 237
14.2.5 BPM标定 237
14.3 束流截面测量 238
14.3.1 丝扫描探测器 238
14.3.2 荧光靶 240
14.3.3 残余气体探测器 241
14.4 束流横向发射度测量 242
14.4.1 直接测量法 242
14.4.2 间接测量法 243
14.5 肖特基噪声信号测量 243
14.5.1 肖特基噪声信号谱 243
14.5.2 电容型肖特基探针 244
14.5.3 共振腔型肖特基探针 246
第15章 加速器控制技术 248
15.1 加速器控制系统概述 248
15.1.1 加速器控制系统的任务 248
15.1.2 加速器控制系统的功能 249
15.2 加速器控制系统的体系结构 250
15.3 数据采集与监视控制组态软件EPICS 252
15.3.1 EPICS概述 253
15.3.2 输入输出控制器 253
15.3.3 通道访问 255
15.3.4 操作员接口 255
15.4 加速器控制系统设计开发流程 257
15.5 加速器控制系统设计开发实例 258
15.5.1 安全连锁保护系统 259
15.5.2 同步定时触发系统 259
15.5.3 中央控制系统 260
15.5.4 控制网络系统 261
15.5.5 数据库系统 262
15.5.6 前端设备控制 263
第16章 加速器真空技术 267
16.1 真空系统基础知识 267
16.1.1 真空系统的基本概念 267
16.1.2 真空系统的气体来源 267
16.2 真空系统质量相关工艺处理方法 269
16.2.1 真空系统质量的评价 269
16.2.2 真空系统的获得 270
16.2.3 真空元件设计注意事项 271
16.2.4 真空材料的选择 271
16.2.5 真空元件的表面处理 272
16.2.6 工件除氢处理 272
16.2.7 工件在线烘烤处理 274
16.2.8 真空检漏的必要性 274
16.3 真空系统的物理设计方法 276
16.3.1 流导及有效泵速等基本概念 276
16.3.2 加速器真空系统布放的常见布局 277
16.3.3 真空模拟与计算程序VAKTRAK 277
16.3.4 真空模拟与计算程序Molflow+ 280
16.3.5 真空泵的选择 281
16.3.6 真空规的基本原理 283
16.4 真空系统的使用及维护 285
第17章 加速器辐射防护与安全 288
17.1 辐射防护基础及相关标准 288
17.1.1 辐射防护基础知识 288
17.1.2 国内辐射防护相关标准 290
17.2 加速器辐射防护的设计 291
17.2.1 辐射源项分析 291
17.2.2 辐射屏蔽设计 295
17.3 辐射监测系统 300
17.4 安全连锁系统 302
17.4.1 设计原则 302
17.4.2 工作原理 303
第18章 加速器准直技术 307
18.1 准直技术概述 307
18.1.1 准直技术的作用 307
18.1.2 准直误差来源 307
18.1.3 三维准直测量设备 308
18.1.4 准直安装步骤 310
18.2 控制网的建立 311
18.2.1 坐标系定义 311
18.2.2 控制网布设 311
18.2.3 控制网测量 312
18.2.4 控制网数据处理 313
18.2.5 地面放线 313
18.3 设备标定 315
18.3.1 设备坐标系 315
18.3.2 靶标座 315
18.3.3 标定图纸 316
18.3.4 标定过程 316
18.4 设备准直安装 319
18.4.1 坐标系转换 319
18.4.2 微调支架设计 319
18.4.3 准直安装流程 320
18.5 准直数据处理 321
第19章 加速器通用设施 326
19.1 工艺用电系统 326
19.1.1 用电负荷等级 326
19.1.2 负荷的计算 327
19.1.3 无功补偿 328
19.1.4 供电方案及系统监控 328
19.2 工艺冷却水系统 329
19.3 工艺接地系统 331
19.3.1 接地的概念 332
19.3.2 接地的分类 332
19.3.3 联合接地与独立接地 333
19.3.4 接地系统组成 334
19.3.5 接地电阻计算 335
19.3.6 接地系统的施工 336
19.4 压缩空气系统 337
第20章 虚拟加速器及束流调试 339
20.1 虚拟加速器 339
20.2 调束软件 343
20.3 调束准备工作 346
20.4 束流调试过程 348
第21章 加速器工程项目管理 357
21.1 组织架构与人力资源管理 357
21.2 项目计划与进度管理 358
21.3 项目质量与风险管理 359
21.4 项目经费管理与成本控制 360
21.5 项目沟通管理 361
21.6 项目档案及标准化管理 362
参考文献 363
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