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序1

第1章 绪论1

第2章 带电粒子束的相空间理论介绍5

2.1粒子运动的分析力学表示5

2.1.1为什么加速器物理经常采用哈密顿力学的方法5

2.1.2拉格朗日方程6

2.1.3哈密顿正则方程7

2.1.4正则变换8

2.2相空间描述9

2.2.1相空间和正则相空间9

2.2.2刘维定理9

2.2.3作用量积分的绝热不变性13

2.2.4束流发射度13

2.3相空间运动的矩阵表示14

2.3.1描迹法15

2.3.2矩阵方法16

第3章 回旋加速器的一般理论20

3.1经典回旋加速器20

3.1.1谐振加速原理20

3.1.2回旋加速器的基本原理21

3.2径向聚焦和轴向聚焦23

3.2.1带电粒子在电磁场中的运动方程23

3.2.2径向聚焦和轴向聚焦24

3.2.3运动方程的哈密顿描述26

3.3谐波加速和多Dee加速结构28

3.3.1单Dee加速结构28

3.3.2多Dee加速结构29

3.4自由振荡幅度的绝热变化30

3.5共振理论31

3.5.1一维共振32

3.5.2耦合共振34

3.5.3共振的强弱35

第4章 等时性回旋加速器理论37

4.1等时性加速器37

4.1.1等时性加速条件38

4.1.2边缘场聚焦39

4.1.3周期性聚焦系统的稳定性45

4.1.4最高能量限制和参数选择48

4.2等时性回旋加速器的静态轨道性质49

4.2.1磁场结构和运动方程49

4.2.2静态平衡轨道51

4.2.3等时性磁场51

4.2.4自由振荡频率52

4.2.5径向运动的非线性效应53

4.2.6静态平衡轨道以及νr和νz的数值求解方法55

4.3等时性回旋加速器的加速轨道性质57

4.3.1加速平衡轨道57

4.3.2聚相现象62

4.4 SFC和SSC回旋加速器介绍65

4.4.1 HIRFL加速器系统65

4.4.2注入器SFC67

4.4.3主加速器SSC70

第5章 等时性磁场的建立75

5.1概述75

5.2理论等时场77

5.2.1 Gordon方法77

5.2.2 kB-kr方法83

5.3等时场的垫补和优化85

5.3.1等时场的垫补方法85

5.3.2计算程序OPTCC的具体优化步骤88

5.3.3等时场的评价90

5.3.4等时场的再优化91

5.4 SFC和SSC等时性磁场的建立94

5.4.1 SFC等时性磁场的建立94

5.4.2 SSC等时性磁场的建立98

第6章 注入系统和中心区104

6.1内离子源和中心区104

6.1.1轨道中心化要求105

6.1.2轴向稳定性105

6.1.3常轨道加速107

6.1.4中心区参数的稳定性108

6.2外离子源轴向注入方法108

6.2.1轴向注入方法的一般描述109

6.2.2轴向孔中束流聚焦和注入相空间匹配109

6.2.3静电偏转镜111

6.2.4聚束器118

6.2.5空间电荷效应119

6.2.6中心区和轨道中心化121

6.3径向注入方法122

6.3.1轨道中心化123

6.3.2相空间匹配125

6.3.3谐波磁场的干扰127

6.4 SFC和SSC的注入系统设计128

6.4.1 ECR源轴向注入系统的设计129

6.4.2 SFC新注入束运线设计131

6.4.3 SFC中心区的设计139

6.4.4 SSC的径向注入系统152

第7章 引出系统157

7.1概述157

7.2单圈引出158

7.2.1直接引出方法158

7.2.2径向聚焦效应159

7.3进动引出方法162

7.3.1共振进动增加圈距163

7.3.2非共振进动增加圈距164

7.3.3通过νr=2νz共振区165

7.4再生引出166

7.5剥离膜引出方法和其他引出方法168

7.6 SFC和SSC的引出方法170

7.6.1 SFC的引出系统170

7.6.2 SSC的引出系统175

第8章 多级加速器间的纵向匹配179

8.1一般匹配要求179

8.2聚束器与束流纵向匹配180

8.2.1回旋加速器和束运线上的束流纵向运动180

8.2.2聚束器的纵向聚焦作用181

8.3 HIRFL束流纵向匹配设计185

8.3.1 SFC轴向注入线上聚束器的设计185

8.3.2 BL1束运线上聚束器的物理设计195

8.3.3 SFC与SSC的能量匹配200

8.3.4 HIRFL中的束团结构202

第9章 回旋加速器的近期发展和FFAG加速器206

9.1概述206

9.2超导回旋加速器206

9.3强流回旋加速器209

9.3.1强流质子回旋加速器211

9.3.2强流重离子回旋加速器213

9.4回旋加速器的商业化215

9.5 FFAG加速器217

9.5.1 FFAG加速器的基本原理219

9.5.2等比FFAG加速器222

9.5.3非等比FFAG加速器225

参考文献231

数学符号索引244