第六章电子感应加速器共35页PPT资料

BR0z (t) ds
R0
R0 t
t
R0
BR0z
(t)
ds
必须有变化的磁场来产生涡旋的 电场用以加速电子，把这个磁场称为
BR0z (t )
为
R
2 0
范围的平均加速磁场
加速磁场。加速磁场在轨道圆所包围
的面积上的通量称为加速磁通量，即
( t)R 0B R 0 z( t)d s B R 0 z( t)R 0 2
SBdst
故得： dW e
dN t
dW dt e
dt dN t
A）离子质量比电子质量大的多， 同样的动能的离子在磁场中的轨道 半径比电子大的多；
B）离子速度比电子速度小的多；
离子增加一定能量所需的磁通量
dW2R0 e dt t
2R0 dWed
增量比电子大的多，故感应加速器只 适合于加速电子。
§6.1、电子感应加速原理
可写为下列形式：
(z方向）
Fr (1n)ceB R0(t)Rx0
其中，xrrc 是相对平衡轨道的径向 偏移，z 为轴向偏移。
Fz nceBR0(t)Rz0
加
速
器
直
线
感 应
本章介绍电子感应加速器。
2、1940年建成了第一台电子 感应加速器（Ee=2.3MeV）
3、电子直线加速器（现代）
4、电子加速器的用途
1）电子与物质的相互作用研究 ；
2）电子辐照加工； （如电缆辐照，热缩管加工，器
件辐照）
3）用电子打靶韧致辐射产生较高能 量、较高强度的光子；
# 光子与核的相互作用研究； # 医学上的应用（如诊断、治疗） # 农业上的应用（如辐照保 鲜） # 工业探伤 # 成像检测。 4) 白光中子源
上式即为轨道导引磁场与电子动 能之间的关系。
在电子感应加速器中，采取在恒 定轨道加速电子
得： R0ePB R(0t()t)Wc(W eB R20(t0))12 C
§6.1、电子感应加速原理
3、电子能量增长与加速磁通量 之间的关系
1）加速磁场 B R0 z ( t ) 和加速磁通量 (t )
由
Edl
一般只利用1/4周期来 加速电子。 在磁场上升的1／4周 期里，电子可以完成 在轨道上几十万次的 旋转运动。
只能获得脉冲式电子 束。
§6.2、电子束的聚焦
概述：
由于各种原因，被加速的电子会偏离平衡轨道，这种偏离 可分为轴向（z方向）偏离和径向（r方向）偏离，即散焦。
必须在轴向和径向加聚焦力，以减小电子束的由于发散所 带来的损失。
内容
§6.1、电子感应加速器原理 §6.2、电子束的聚焦 §6.3、电子能量和辐射损失 §6.4、电子的入射俘获及电子流强度 §6.5、感应加速器电子束性能 §6.6、直线电子感应加速器
前言
1、电子加速器的类型
电子加速器是加速器家族中的重
要成员。电子加速器主要有以下几种
类型：
高
压
倍
静
压 电
电
子
§6.1、电子感应加速原理
2、沿恒定轨道加速电子的导引 磁场条件
1）导引磁场（轨道磁场） B R 0 ( t ) 为了使电子沿恒定圆形轨道运动并
在涡旋电场中得以加速，必须在电子 恒定轨道上设置合适的导引磁场 。
2）导引磁场与电子能量的关系
由：
2
m R0
eBR0 (t)
P(t)m
R 0 为轨道半径，W 和 0 分别为 电子的动能与静止能量。
d(t)
m 2eR02eR0R0 2BR0z(t)
R0
e
2R0
R02BR0z (t)
eBR0 (t)
BR0z(t):BR0(t)2:1
此式表明：要使电子在不 断增长的磁场中沿一半径不 变的圆形轨道上运动并加速， 就必须保证这个轨道范围内 的平均磁感应强度与轨道附 近的导引磁感应强度始终保 持2：1关系。
4、平均加速磁场 BR0z (t) 与导引 磁场 B R 0 ( t ) 的2：1关系
由： m2
R0
eBR0 (t)
得：
R0
m
eBR0(t)
P(t) eBR0(t)
另：l Edldd(tt)
E2R0
d(t)
dt
E 1 d(t) 2R0 dt
eE d(d mt)2eR0dd(t)t
d(m)
e
2R0
§6.1、电子感应加速器原理
1、感应加速原理
根据麦克斯韦方程，变化的磁场 可以产生涡旋电场，即：
E d l B tds
（或
）
v E
uv B
t
将电子注入到涡旋电场中进行
加速，同时，利用导引磁场将电子控
百度文库制在恒定轨道加速。
必须合理设计加速磁场 B R 0 z ( t )
和轨道导引磁场 B R 0 ( t ) 。
聚焦力由磁场产生。
§6.2、电子束的聚焦
1、轴向(Z) 和径向(r)聚焦条件
在经典回旋加速器，保证轴向和径 向同时聚的条件 ：
用如图所示鼓形磁极来产生满足 聚焦条件的磁场分布
0 n 1
其中，磁场降落指数：
(n r Bz ) B r
在感应加速器中横向稳定性也采用
下列条件来保证电子束的轴向和径向
§6.1、电子感应加速原理
5、电子感应加速器的结构及 工作状态
（1）结构和组成
电子感应加速器的结构如图所示 组成：
# 两轭“山”形磁极 # 励磁线圈 # 励磁电源（交变） # 真空盒 # 电子枪
§6.1、电子感应加速原理
5、电子感应加速器的结构 及工作状态
2）磁场分布及2：1关系
中平面上的磁场沿r方向的分布 如图所示；
聚焦。
0 n 1
要求在电子回旋轨道附近：
Bz 0 r
§6.2、电子束的聚焦
2、聚焦特性
偏离平衡轨道的电子所受到的聚
经典回旋加速器章节中，已得到带 电粒子在桶形磁场中的动力学方程。
焦作用力：
Fr m 2(1n)x
dddt((mmdddzxt))mm22n(1zn)x
dt dt
(r方向)
Fz m2nz
§6.1、电子感应加速原理
3、电子能量增长与加速磁通量 之间的关系
2）电子能量与磁通量的关系
当电子能量达到几MeV个时，c ，
得：
2R0W2R0P
ec
e
电子沿轨道回旋一圈所获及的能量：
ddW N l eE
dl
即是能量增长与磁通量增长的关系。
由积分方程：
l EdlS(E)dsSBtds 讨论：
t
磁场分布必须满足2:1关系，即：
BR0z(t):BR0(t)2:1
才能保证能量不断增长的电子 在不断增长的磁场中沿一半径不变 的圆形轨道上加速运动运动。
加速磁通量：
BR0z(t)R0
§6.1、电子感应加速原理
5、电子感应加速器 的结构及工作状态
3）励磁电流及加速 模式
励磁线圈上加交变电 流，产生随时间变化 的磁场。如图所示。