中国科大校友文库 回旋加速器理论与设计
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作者： 唐靖宇，魏宝文 编著
出 版 社： 中国科学技术大学出版社
出版时间： 2008-10-1字数：版次： 1页数： 246印刷时间：开本： 16开印次：纸张：I S B N ： 9787312022234包装： 平装编辑推荐
本书是在作者的博士论文基础上扩充编著的，曾作为中国科学院近代物理研究所的研究生学习加速器理论课程的教学参考书。该书共分为九章，比较系统地介绍了回旋加速器特别是等时性回旋加速器的理论，并以兰州重离子加速器系统的注入器SFC和主加速器SSC两台等时性回旋加速器为例，全面地介绍该类型加速器的理论、设计特点和设计方法。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。
内容简介
本书比较系统地介绍了回旋加速器的理论，并以兰州重离子加速器系统的注入器SFC和主加速器SSC两台等时性回旋加速器为例介绍该类型加速器的设计特点和设计方法。全书分为九章，分别介绍回旋加速器的发展历史和应用方向，加速器物理的研究方法和带电粒子束运动的相空间理论，经典回旋加速器理论，等时性回旋加速器的理论基础，等时性磁场的建立，束流注入和中心区，束流引出，多级加速器的匹配考虑，以及回旋加速器的近期发展。本书可作为粒子加速器专业方向的研究生学习加速器物理的参考书，也可供从事相关专业的科研人员参考。
目录
序
第1章 绪论
第2章 带电粒子束的相空间理论介绍
2.1 粒子运动的分析力学表示
2.1.1 为什么加速器物理经常采用哈密顿力学的方法
2.1.2 拉格朗日方程
2.1.3 哈密顿正则方程
2.1.4 正则变换
2.2 相空间描述
2.2.1 相空间和正则相空间
2.2.2 刘维定理
2.2.3 作用量积分的绝热不变性
2.2.4 束流发射度
2.3 相空间运动的矩阵表示
2.3.1 描迹法
2.3.2 矩阵方法
第3章 回旋加速器的一般理论
3.1 经典回旋加速器
3.1.1 谐振加速原理
3.1.2 回旋加速器的基本原理
3.2 径向聚焦和轴向聚焦
3.2.1 带电粒子在电磁场中的运动方程
3.2.2 径向聚焦和轴向聚焦
3.2.3 运动方程的哈密顿描述
3.3 谐波加速和多Dee加速结构
3.3.1 单Dee加速结构
3.3.2 多Dee加速结构
3.4 自由振荡幅度的绝热变化
3.5 共振理论
3.5.1 一维共振
3.5.2 耦合共振
3.5.3 共振的强弱
第4章 等时性回旋加速器理论
4.1 等时性加速器
4.1.1 等时性加速条件
4.1.2 边缘场聚焦
4.1.3 周期性聚焦系统的稳定性
4.1.4 最高能量限制和参数选择
4.2 等时性回旋加速器的静态轨道性质
4.2.1 磁场结构和运动方程
4.2.2 静态平衡轨道
4.2.3 等时性磁场
4.2.4 自由振荡频率
4.2.5 径向运动的非线性效应
4.2.6 静态平衡轨道以及νr和νz的数值求解方法
4.3 等时性回旋加速器的加速轨道性质
4.3.1 加速平衡轨道
4.3.2 聚相现象
4.4 SFC和SSC回旋加速器介绍
4.4.1 HIRFL加速器系统
4.4.2 注入器SFC
4.4.3 主加速器SSC
第5章 等时性磁场的建立
5.1 概述
5.2 理论等时场
5.2.1 Gordon方法
5.2.2 kB-kr方法
5.3 等时场的垫补和优化
5.3.1 等时场的垫补方法
5.3.2 计算程序OPTCC的具体优化步骤
5.3.3 等时场的评价
5.3.4 等时场的再优化
5.4 SFC和SSC等时性磁场的建立
5.4.1 SFC等时性磁场的建立
5.4.2 SSC等时性磁场的建立
第6章 注入系统和中心区
6.1 内离子源和中心区
6.1.1 轨道中心化要求
6.1.2 轴向稳定性
6.1.3 常轨道加速
6.1.4 中心区参数的稳定性
6.2 外离子源轴向注入方法
6.2.1 轴向注入方法的一般描述
6.2.2 轴向孔中束流聚焦和注入相空间匹配
6.2.3 静电偏转镜
6.2.4 聚束器
6.2.5 空间电荷效应
6.2.6 中心区和轨道中心化
6.3 径向注入方法
6.3.1 轨道中心化
6.3.2 相空间匹配
6.3.3 谐波磁场的干扰
6.4 SFC和SSC的注入系统设计
6.4.1 ECR源轴向注入系统的设计
6.4.2 SFC新注入束运线设计
6.4.3 SFC中心区的设计
6.4.4 SSC的径向注入系统
第7章 引出系统
7.1 概述
7.2 单圈引出
7.2.1 直接引出方法
7.2.2 径向聚焦效应
7.3 进动引出方法
7.3.1 共振进动增加圈距
7.3.2 非共振进动增加圈距
7.3.3 通过νr＝2νz共振区
7.4 再生引出
7.5 剥离膜引出方法和其他引出方法
7.6 SFC和SSC的引出方法
7.6.1 SFC的引出系统
7.6.2 SSC的引出系统
第8章 多级加速器间的纵向匹配
8.1 一般匹配要求
8.2 聚束器与束流纵向匹配
8.2.1 回旋加速器和束运线上的束流纵向运动
8.2.2 聚束器的纵向聚焦作用
8.3 HIRFL束流纵向匹配设计
8.3.1 SFC轴向注入线上聚束器的设计
8.3.2 BL1束运线上聚束器的物理设计
8.3.3 SFC与SSC的能量匹配
8.3.4 HIRFL中的束团结构
第9章 回旋加速器的近期发展和FFAG加速器
9.1 概述
9.2 超导回旋加速器
9.3 强流回旋加速器
9.3.1 强流质子回旋加速器
9.3.2 强流重离子回旋加速器
9.4 回旋加速器的商业化
9.5 FFAG加速器
9.5.1 FFAG加速器的基本原理
9.5.2 等比FFAG加速器
9.5.3 非等比FFAG加速器
参考文献
数学符号索引
书摘插图
第2章 带电粒子束的相空间理论介绍
2.1粒子运动的分析力学表示
2.1.1 为什么加速器物理经常采用哈密顿力学的方法
对于求解某个粒子的运动轨道，采用更传统的牛顿力学的方法显然更直观。可是，加速器物理研究的是由大量粒子组成的粒子束的运动规律，有时并不对具体粒子的运动轨迹感兴趣，而是对它们作为一个整体的表现感兴趣，如某些物理量是否为运动常数，运动是否稳定等；这时，分析力学或更具体一些——哈密顿力学方法就提供了更有力的工具。可以粗略地认为，哈密顿理论作为一个数学工具，可以更方便地了解现象的本质，对产生有效的描述粒子轨道的模型提供帮助。
加速器中，粒子束在电磁场中的运动已被证明很适合采用哈密顿理论进行描述。我们在几乎所有的加速器物理教科书中都会发现采用相空间描述的必要性，一些基本的原理如刘维定理等，都需要采用哈密顿力学的方法来表达。哈密顿理论不能替代粒子轨道的数值计算方法，但是可以帮助发现数值计算程序中的错误、求解方程的方法以及结果的表示方式等等。某些研究加速器物理的人可能不喜欢利用哈密顿方法来直接研究相关的问题，但如果对哈密顿力学有基本的了解，还是可以帮助他们理解一些基本的原理和他人得到的研究进展。
本书中也经常借助哈密顿方法对一些基本的加速器物理问题和现象进行介绍。因此，我们先简单地介绍一些哈密顿力学的基础。读者可以进一步参考相关文献。
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