粒子加速器

5）束流品质 发射度（x, x’ 6维相空间） 能散度（W / W）
6）束流的时间结构
7）经济性指标
造价 运行费用（能耗）
四、加速器的分类
1. 按粒子种类分
电子、质子、重离子（ ~W关系不同）
次级粒子：正电子、反质子、放射性核束
2. 按轨道形状分
直线型 回旋百度文库 环型
3. 按加速电场分
六、我国加速器的发展
50－60年代
赵忠尧：质子静电加速器 杨澄中：倍压加速器 谢家麟：电子直线加速器 从前苏联引进：电子感应、回旋等
70年代
离子注入机 医用电子直线加速器 此后众多小型加速器得到快速发展
80－90年代：三大工程
正负电子对撞机BEPC 同步辐射装置 重离子回旋加速器 北京 合肥 兰州
静电场 感应电场 射频电磁场
4. 按加速机制分
非谐振 (准)谐振－有自动稳相机制
静电场 感应电场 射频电磁场 非谐振 (准)谐振
直线型 回旋型
环 型
高压型 感应直线 回旋
电子感应
射频直线
稳相 电子回旋
同步
五、加速器的应用
1. 基础研究（大科学工程）
1）核物理
核反应、核结构 放射性核束物理
2）高能物理
基本粒子、夸克、胶子…（对撞机）
3）其它学科
凝聚态物理、生命科学（同步辐射、散裂中子源） 原子分子物理、化学 地学、考古 夏商周断代工程
2. 国计民生
1）农业：辐射育种、保鲜、昆虫不育 2）医学：放疗、同位素生产、消毒 3）能源：反应堆材料、核废料处理、加速器 驱动洁净核能系统（ADS）、惯性约束聚变 4）环境：环境示踪与分析、三废处理 5）信息：半导体与集成光学器件生产、单粒 子效应与抗辐射加固 6）材料：辐照加工（电线电缆、热缩材料、 涂层固化、建材、磁带）、材料改性与精密 加工、无损检测
二、加速器的产生与发展
1919年卢瑟福用天然源首次实现人工核
反应科学家需要可控的人工射线！ 20年代末－30年代
Van de Graaff Herb Cockcroft & Walton Widerö e Lawrence 思想活跃、发展迅速，静电与回旋为主流
二战后－50年代
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 回旋加速器 同步加速器 射频直线加速器 高压型加速器 其它类型的加速器
需具备的基础知识：数学分析、线性代数、常微 分方程、贝瑟函数、普通物理、相对论力学、 电动力学、传输线理论
第一章 绪论
一、什么是粒子加速器
粒子加速器是利用电场加速带电粒子的
90年代－本世纪初
同步辐射装置二期 重离子冷却环 神龙一号感应直线
BEPC－II 三代同步辐射光源 中国散裂中子源
十一五
合肥 兰州 九院
北京 上海 东莞
牵引力与驱动力
三、加速器的构成与 主要性能指标
1. 基本物理问题
1）提高能量：加速 2）形成轨道：约束 3）保持流强：聚焦 4）维持寿命：稳定性 5）提高亮度：冷却、阻尼 粒子/束流动力学
2. 加速器的构成
约束磁铁 粒子源 LEBT 电磁聚焦 HEBT 辐射防护 靶/探测器
主加速器
机械
真空
电源
束测
控制
微波
超导
低温
激光
数据获取/成像
3. 主要性能指标
1）能量
100keV－100MeV 100MeV－1GeV 1GeV－100GeV > 100GeV 单位长度增能 低能 中能 高能 超高能 MV/m
2）加速场强 3）流强
pA－nA－A－mA－A－kA－MA 4）亮度（对撞机、微束） 单位面积流强 nA/cm2 或 n/s/cm2
3. 国防与安全
1）安全检查：集装箱、爆炸物、违禁品 2）核武器：核爆模拟、闪光照相、核数据 3）离子束与激光武器：RFQ、FEL
加速器的应用实际上是荷能粒子束及其 次级射线的应用
应用的基础：粒子束/射线与物质相互作用 本质上主要是两类应用： 利用能量效应（辐照、放疗…） 提取信息（核分析技术、成像技术…）
装置 F = q E = ma 阴极射线管（显像管）是加速器的雏形 粒子速度不能超过光速，但能量增加不 受限制，故加速器实际上是增能器。 W = qe Es ds 粒子能量的单位：电子伏（eV） 1 eV = 1.6021019 J 对e, 1.1MeV时 =0.95, 11MeV时 =0.999
80－90年代
对撞机飞速发展 同步辐射装置广为建造 工业与医学应用得到普及
大型强子对撞机LHC / 国际直线对撞机ILC 散裂中子源SNS / 放射性核束加速装置RIA 三代光源 / 能量回收直线加速器ERL / X波 段自由电子激光X-FEL 激光等离子体加速
本世纪
雷达微波功率源射频直线加速器 SLAC：e 900 MeV 自动稳相原理 (1945) 突破回旋能量限制 稳相加速器： p 700 MeV 同步加速器： e 1 GeV p 10 GeV
60－70年代
等时性回旋加速器 交变梯度强聚焦原理 同步： e 12 GeV, p 500 GeV 直线： e 20 GeV, p 800 MeV 对撞机原理 DESY－Doris 5.3 GeV e + e+ 超导加速技术