加速器原理总结123

1、加速器的分类：1) 按加速粒子的种类分: ①电子加速器;②离子加速器;③全粒子加速器. 2) 按粒子运动轨道形状分:①直线加速器;②回旋加速器;③环形加速器. 3) 按加速电场的种类分①高压;②感应;③高频共振加速器;
2、加速器束流品质（1）粒子的品种（电子、离子、全粒子）（2）束流能量及可调范围;
（3）束流的能散度：E E ∆（5）束流的发射度：'
(,)S r r επ
= ()mm mrad ⋅
（4）束流强度及时间特性：I ，直流束或脉冲束。

3、粒子运动参数的相对论表达式 相对速度：v c
β=
粒子质量：m =
粒子能量：
2
0mc
ε
=22
mc ε==
=
00
1)W εεε=-=
2
0()w P mv m c mc
c
c
βεβ
β+====
由：
22
mc ε==
=
1
2220()βεεε=-
⇒
11122
222
00001122
000111()[()()][()]11
[(2)][(2)]P w c c c
w w w c c
εεεεεεεεεεεε=
-=-+=+=-+=+
第二章 带电粒子的产生→电子枪和离子源
（1）热发散电子枪的结构及工作原理 发射极、聚焦极和引出极；
阴极一般由低逸出功的材料制成，由电源加热，发射出热电子。

要求阴极材料的电子逸出功要低、熔点要高、蒸发率要小、不易中毒。

栅极的主要功能是对阴极发射的电子起聚焦作用，也称为聚焦极 。

引出极将电子束引出到后加速器系统中。

原理：阴极通过加热发射热电子，栅极聚焦电子束，最后又引出极将电子束引出到加速器系统中。

（2）场致式电子枪的结构及工作原理 在场致发射式阴极上加适当高电压，在阴极表面附近形成大于106V/cm 的强电场，依靠强电场发射电子。

其他的同热发散式电子枪。

（1）高频离子源的工作原理; 高频离子源是一种电子振荡式离子源，利用高频电磁场和轴向稳衡磁场，使放电室中的 自由电子作往复振荡运动，从而使气体得以充分游离而形成等离子体，阳极和吸极之间加一定电压，形成轴向引出电场，使正离子通过吸极上的孔道引出。

（2）双等离子源的结构及工作原理;这种离子源是电弧放电式离子源，“双”是等离子体双压缩的意思。

电弧放电产生的等离子体先后因电极几何形状影响，以及局部磁场的作用，经过两次压缩。

等离子体的第一次压缩是在中间电极的入口处，由于锥形电极几何形状导致等离子体截面减小，称为机械压缩，第二次压缩实在中间电极和阳极之间受磁场的聚焦而被压缩，称为磁压缩。

由于经过两次压缩，可形成密度高达的密度等离子体
（3）ECR 离子源的结构及工作原理.ECR 离子源是一种采用微波放电，并使电子回旋共振获得较高能量，通过逐步游离机制，将中性原子剥离成高电荷态离子的离子源
微波被馈入到放电时室产生放电，放电产生的一部分电子被磁镜场捕获（满足磁镜场捕获条件）在轴向磁镜场作用下，绕磁力线回旋并在轴向作往复反弹运动。

当电子回旋频率
等于微波频率 时，电子就被微波电场共振加速，多次反弹多次共振加速，可使电子获得较高能量（几十keV ），从而逐步游离中性原子产生高电荷态离子。

（
4）离子源中产生等离子体的基本过程：电离、离解过程；复合过程；动态平衡。

31
4C f f
1）在理想条件下，),(x x '或),(y y '二维束流相空间（相平面）中的相图，及束流发射度
表达式。

2）发射度的几种基本测量方法：三截面测量法；多孔取样测量法，二维投影密度的双缝法。

第三章 倍压加速器
1、高压型加速器两种基本类型（倍压、静电）
2、倍压加速器的基本结构及原理
V 降和电压波动V δ。

第四章 静电加速器
1、静电起电机的结构及工作原理（输电带型）。

组成：喷电电源、喷电针、输电带、刮电设备（针）、高压电极。

喷电过程 : 喷针电附近产生强电场→ 气体电晕放电→负离子向喷电针→ 正离子被推向输电带，附着在输电带上，与输电带一起向上运动。

刮电过程：在刮电针排附近也形成强电场 气体电离 正离子流向向针排，负离子流向皮带，中和带上的正电荷。

2、起电机最大输电电流的限制：⎩⎨
⎧==Eb
b I e e m 02εσυσ 3、最高电压的限制：m m
c I I I V V d
--=+漏束 （c V 为临界电压）
4、串列式静电加速器的基本结构和工作原理 充气钢筒及绝缘气体循环处理系统；
负离子源;加速管；电子剥离器；起电机；分析磁铁及束流后传输系统;真空系统
从负离子源产生负离子束，经过预加速、分析磁铁注入串列加速器的一根加速管，由于加速器的高压电极为正高压，粒子朝高压电极方向被加速一次。

当负离子进到高压电极内部时,经过电荷剥离器转变为带有N 个电荷单位的正离子（N 一般称粒子的电荷态）。

而后,正离子进入第二根加速管中，又受到正高压的排斥力，第二次被加速，经过两次加速 5、离子能量的直接测量法：（1）静电分析器结构及测量原理
d
V E d
=
；ZeE
m =ρ
υ2
；21
2
W
mv =
（2）磁分析器结构及测量原理 经典公式：v
m ZeB ρ=； mv ZeB ρ= 2
2
()()mv ZeB ρ= ；m ZeB W 2)(2ρ=；ρ=
相对论公式：P mv ZeB ρ==；1201[(2)]P W W c ε=
+；P
ZeB
ρ= 6、磁四级透镜的聚焦原理第五章 回旋加速器
1、回旋加速器的基础→拉摩定律
'x S dxdx =⎰⎰'y S dydy =⎰⎰
/x x S πε=/y y S πε
=
2、回旋加速器的基本组成及工作原理
3、共振加速条件：1
c rf
c rf T kT f f k =⎧⎪
⎨=⎪⎩
4、回旋加速器聚焦形式: 磁聚焦和电聚焦(时间聚
焦和速度聚焦)
回旋加速器的磁聚焦条件0<n<1 ;
r B n B r
∂=-
∂ 磁场降落指数。

5、相移现象及原因
6、等时性回旋加速器的三种基本形式 ①直边扇形；②螺旋扇形；③分离扇形。

7、满足等时性条件的磁场分布形式：
221202
()(1)W r B r B c -=- ；2
20
10r B n B r εε∂=-=-≤∂ 8、直边扇形回旋加速器的磁场分布形式：(,)()(1cos )B r v B r f N θ=+
9、螺旋扇形回旋加速器的磁场分布形式：(,)(){(1cos[(()]}B r v B r f N r θδ=+-
10、分离扇形回旋加速器磁场分布特点及调变度f
第六章 电子感应加速器 1、感应加速原理：
B
E t
∂∇⨯=-
∂
2、电子能量与磁通量的关系：
012
00
[(2)]()()(
)R R t W W P t R eB t ceB t φεε∂⎧
=-
⎪∂⎪
⎨+⎪==⎪⎩
加
3、电子能量与轨道磁场的关系：
4、平均加速磁场与导体磁场的关系：00():()2:1R R B z t B t =
5、电子感应加速器的基本组成及结构
根据麦克斯韦方程，变化的磁场可以产生涡旋电场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制在恒定轨道加速 6、电子束的聚焦：0<n<1 ;
r B n B r
∂=-
∂
7、限制电子能量进一步提高的因素：
（电子能量辐射损失、随时间变化的更强的磁场）
第七章．自动稳相准共振加速器基础
1、自动稳相准共振加速器的类型：
回旋型准共振加速器、环形准共振加速器、直线型准共振加速器。

2、自动稳相准共振加速器的共同特点： ①高频电场加速；②对某些参数调变以保证同步加速条件；③非同步粒子遵从自动稳相原理加速。

3、自动稳性原理：
①同步粒子与非同步粒子；②非同步粒子的能量盈余与能量亏损； ③非同步粒子的稳定
相位范围 。

4、同步粒子与非同步粒子的能量、相位的变化关系（画图说明）。

第八章 回旋型准共振加速器 1、稳相加速器——频率调变准共振加速器 （1）基本特点：
①B=恒定；②轨道呈开螺旋线；③采用调频方式保证同步加速；
（2）调频规律：()rf rf T t f ⎧=⎪⎪
⎨
=
⎪⎪⎩
2、电子回旋加速器
（1）基本结构及工作原理：
调配频系数法保证同步加速条件。

12s rf
T T =；
23s rf
T T =
（2）共振加速条件的选择：
（3）能量与磁场的关系： 第九章 环形准共振加速器
1、基本结构和原理
（1）用谐振腔高频电场加速
（2）同分离磁铁安装成环形，磁场随粒子能量调变，以保证粒子在一环形轨道上加速。

（3）采用调频启动方式保证粒子加速初级的共振加速或采用注入器方式。

2、磁场、频率调节方式 2
cos 12a GV dB B dt r φπ===⇒ 常数
3、环形加速器与同步辐射 1）同步辐射光源的原理 2）同步辐射光源的特点 全波段,高强度,高耀度
4、环形加速器与对撞机
1)电子储存环与正负电子对撞机的基本结构、组成及对撞原理。

2)正负电子对撞的有效作用能方程。

1(1)sN s s sN rf T T N T k T =+-∆=s
s s N k N k k ∆-+=)1(1。