质子在粒子物理、辐射物理、材料科学、能源革命、生命科学等领域具有广泛的应用。本书重点介绍与质子应用相关的物理基础，主要包括质子基本性质，太阳质子聚变反应，宇宙射线和空间辐射环境质子的起源、特点与参数，质子加速技术，高功率质子束产生与加速技术，质子与物质的相互作用，以及质子在物质中输运的计算方法等。
样章试读
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丛书序
前言
第1章 质子性质及特点 1
1.1 质子基本性质 1
1.1.1 质子常用参数 1
1.1.2 质子基本特征 5
1.1.3 质子寿命 6
1.1.4 质子及元素的起源 7
1.1.5 质子研究的历史 9
1.1.6 质子研究的意义 9
1.2 质子与中子的性质比较 10
1.2.1 中子的性质特点 10
1.2.2 中子基本参数 11
1.2.3 质子转变为中子态 12
1.2.4 中子衰变为质子 12
1.2.5 中子与质子在元素起源中地位 13
1.2.6 质子与中子核反应比较 13
1.3 质子与氘核及氚核性质的比较 14
1.3.1 氢同位素的主要参数 14
1.3.2 氢同位素的来源及主要核反应 15
1.3.3 氚的主要核辐射特性 16
1.4 质子和双质子放射性 17
1.5 反质子与反中子 17
参考文献 19
第2章 太阳质子聚变反应与宇宙射线及空间辐射环境质子 20
2.1 太阳质子聚变反应 20
2.1.1 太阳物理参数 20
2.1.2 质子链反应及与轻核聚变反应道及放能 23
2.1.3 质子链反应及与轻核聚变反应截面 30
2.1.4 质子链反应及与轻核聚变反应率 33
2.1.5 太阳质子-质子链反应相关物理过程 36
2.1.6 太阳形成过程及寿命 37
2.1.7 太阳内部辐射输运过程 38
2.1.8 太阳辐射 39
2.2 太阳活动与太阳宇宙射线质子的起源 43
2.2.1 太阳磁场 43
2.2.2 光球层的黑子 45
2.2.3 太阳色球层耀斑辐射 55
2.2.4 磁重联与太阳耀斑 65
2.2.5 日珥、暗条与日珥爆发 70
2.2.6 日冕物质抛射 72
2.2.7 日冕物质抛射与太阳活动现象的相关性 78
2.2.8 太阳高能粒子与日冕物质抛射的关系 79
2.2.9 日冕层的太阳风 79
2.2.10 太阳质子辐射起源的现象学及参数 82
2.3 空间环境中的质子 83
2.3.1 太阳质子事件对空间环境的影响 84
2.3.2 太阳风质子对空间环境的影响 87
2.3.3 太阳风暴质子加速过程及在日地空间的传播 88
2.3.4 太阳高能粒子事件的衰减 90
2.3.5 银河宇宙射线特点 91
2.3.6 太阳宇宙射线特点 93
2.3.7 范艾伦辐射带 96
2.3.8 南大西洋异常区 100
2.3.9 空间辐射环境及其特征 102
2.3.10 高能宇宙射线粒子的加速机制 111
2.4 大气和地面环境中的质子及次级产物 112
2.4.1 大气环境质子来源 112
2.4.2 大气辐射环境模型 113
2.4.3 大气环境质子能量通量分布 114
2.4.4 质子核反应产生的中子 116
2.4.5 质子核反应产生的重离子 118
2.5 宇宙射线质子对人类活动的影响 119
2.5.1 引言 119
2.5.2 对信息化装备的影响 120
2.5.3 对卫星与航天器的影响 121
2.5.4 对宇航员和飞机乘员的影响 124
2.5.5 引起地磁暴 125
2.5.6 对电离层与无线通信及导航系统的影响 127
2.5.7 对电力系统的影响 129
2.5.8 对高层大气及卫星轨道和寿命的影响 129
2.5.9 对平流层和对流层及人类生存环境的影响 130
2.5.10 人类针对宇宙射线质子的应对策略 131
2.6 超强质子事件的观测记录及其影响 133
2.6.1 超强质子事件的观测记录 133
2.6.2 1859 年9月卡林顿事件 138
2.6.3 1989 年3月太阳风暴——魁北克省大停电事件 142
2.6.4 1990～1991年干扰风云一号卫星的单粒子事件 145
2.6.5 1991 年3月磁暴事件 145
2.6.6 1997 年1月破坏同步轨道通信卫星的太阳风暴事件 146
2.6.7 2000 年7月太阳质子事件 146
2.6.8 2003 年10月至11月太阳风暴 147
2.6.9 第25个太阳活动周期 153
参考文献 157
第3章 质子加速器技术 162
3.1 国内外质子加速器简述 162
3.1.1 国外质子加速器研制与发展历程 162
3.1.2 国内质子加速器研制与发展历程 172
3.1.3 国内主要质子重离子加速器 173
3.2 质子加速器类型特点 195
3.2.1 主要质子加速器类型特点 195
3.2.2 质子加速器的主要技术路线概述 196
3.3 低能质子加速器RFQ 197
3.3.1 基本原理 197
3.3.2 RFQ近轴区的电场 198
3.3.3 带电粒子在RFQ中的运动 199
3.3.4 RFQ的设计 200
3.3.5 空间电荷效应与束晕 201
3.3.6 RFQ加速器的适用范围、特点及发展情况 205
3.4 质子直线加速器 206
3.4.1 质子直线加速器原理 206
3.4.2 质子直线加速器设计案例 207
3.4.3 高能强流质子直线加速器研制面临的难点 208
3.5 质子回旋加速器 209
3.5.1 质子回旋加速器原理 209
3.5.2 质子回旋加速器设计案例 209
3.5.3 质子回旋同步加速器 212
3.5.4 超导回旋加速器 213
3.6 质子环形同步加速器 214
3.6.1 典型质子环形同步加速器主要组成 214
3.6.2 质子环形同步加速器参数 215
参考文献 217
第4章 高功率质子束产生与加速技术 220
4.1 高功率质子束产生理论基础 220
4.1.1 高功率质子束加速器产生的质子能量和束流强度 220
4.1.2 高功率质子(离子)束二极管工作原理 223
4.1.3 阴阳极等离子体形成发展及质子源形成 228
4.1.4 脉冲功率加速器的正极性工作模式 232
4.1.5 高功率质子束二极管束流物理数值模拟技术 238
4.2 高功率质子束产生技术 242
4.2.1 自箍缩二极管产生高功率质子束 242
4.2.2 阴阳极等离子体运动对二极管束流特性的影响 245
4.2.3 提高质子束流强度和产生效率的技术 251
4.3 “闪光二号”加速器产生的高功率质子束 254
4.3.1 “闪光二号”加速器的主要组成结构 254
4.3.2 高功率质子束二极管结构 254
4.3.3 高功率质子束产生实验研究 255
4.3.4 实验质子束流强度与理论计算结果的比较 258
参考文献 258
第5章 质子在物质中输运的计算方法 260
5.1 质子与物质的相互作用 260
5.1.1 电离与激发 261
5.1.2 弹性碰撞与非弹性碰撞 261
5.1.3 质子核反应 262
5.1.4 辐照位移损伤 262
5.1.5 溅射 262
5.1.6 氢鼓泡 263
5.1.7 碰撞产生声子 264
5.2 质子在物质中的阻止本领计算方法 265
5.2.1 质子在物质中的线性能量传输值 265
5.2.2 Ziegler拟合公式 266
5.2.3 质子在物质中的核阻止本领及总阻止本领 267
5.3 质子核反应产生带电粒子的阻止本领计算方法 267
参考文献 269
附录A 常用核素质量 271
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