第九讲强聚焦同步加速器衍生物

动粒子互撞
W
'
W 0[(
2 2 0
0
)1/ 2
1]
质心系统动能与动－ 静粒子相撞情况一样
eff
2W *
2W
'
2 0 [(W
20 2 0
)1/ 2
1]
二运动粒子有 相同动能W *
等效打静粒子动能W
W
2[(W * 0 )2 0
0]
又因为：W *
0
W 2(W * )W *
0
W*
W * W * 60GeV
APS, Argonne, USA
日本 SPring-8 世界最大同步辐射光源
德国 Desy
Doris-3 ring in Desy
A1 A2 B1
B2 Bw5 Bw6
X-ray absorption F3
spectroscopy
Small angle X-ray L
scattering
High-Resolution XRay Emission
VUV Photoemission
High-Energy X-Ray Material Science MAX80 (multi anvil type x-ray system)
A： 各向同 性,4发散
B：发散角1 平方毫弧度 用来照射1米之外，1平方厘米的物体
打在物体上的光子数，B光源比A光源强 1千多万倍
4. 特定时间结构的脉冲光源
L： 储存环的周长；Le: 电子束团的长度
脉冲周期： T=L/c
脉冲持续时间：
=Le/c
BEPC： L=240 m, 设：Le=3cm
则：T=800纳秒 ;
Anomalous Small W1
Angle X-ray Scattering
Powder Diffraction E1
High-Energy X-Ray Scattering
Protein Crystallography
W2 F2.1
Energy Dispersive Diffraction
Hard X-ray MicroProbe
)
同步辐射光特点
1.光谱连续
c
(
)
5.59
3
r0 (m) (GeV
)3
同步辐射光源有很宽的波谱，从红外线、可 见光、真空紫外、软X射线一直延伸到硬X射 线，是目前唯一能覆盖这样宽的频谱范围又 能得到高亮度的光源。
同步辐射的波长（或能量）分布是连续的， 它的光谱的形状完全由加速器里的电子的能 量和运动轨道的弯转半径所确定。
=0.1纳秒
强度
0.1ns
800ns
时间
BEPC单束团运行时的时间结构图
５.具有特定的偏振性 6. 光谱“干净”，可计算
同步辐射用途
提供连续光谱，光束具有宽频 能量范围，高准直性等特点。 可用于各种光学，光谱学实验， 适用于物理、化学、材料、生 物、地矿等方向的科学研究与 技术发展
1 北京高能所的北京同步辐射装置（BSRF），网址： /bsrf/chinese/main.htm。
2 合肥国家同步辐射实验室（NSRL），网址： /zh_CN/。
3 上海应用物理研究所的上海先进光源（SSRF）， 网址：/index.htm。
合肥国家同步辐射实验站分布图
合肥国家同步辐射实验室实验大厅
第九讲强聚焦同步加速器衍生物
杨亮
南京航空航天大学
主要部分
1 电子储存环 2 正负荷电粒子对撞机 3 同步辐射装置
增能器
高能同步加速器的中间加速装置，起 预加速作用。一般为小型同步加速器。 其作用表现为：
1 可以提高粒子入射能量（克服高能加 速器的跳相问题）；
2 增强脉冲电流，脉冲供应频率高
电子储存环
PetraⅢ 储存环（德国DESY）
二极磁铁（导向） 四极磁铁（强聚焦）
对偶真空腔体
产生高频电场的速调管
纵向伺服kicker
对撞机
动离子撞击动离子情形
W* W*
实验室坐标系
W' W' W* W '
质心坐标系
动离子撞击静离子情形
W
实验室坐标系
W' W'
质心坐标系
W'W ? 2
根同据静相止对 能论 量W， 的具 粒' 有子W动相能互' 作W用的，粒其质子有心与效坐一作标个用系具能有相eff
北京正负电子对撞机（BEPC）时，沿 伞边缘的切线 方向会飞出一 簇簇水珠。
同步辐射是以接近光速运动着的电子（或）正电子 改变运动方向时，沿其切线方向放出的电磁波 (光 波形式)
(W
)1(eV
)
8.85 108
4 (MeV r0 (m)
2. 准直性好
能量越高的光子，放射角度范围就越小 对于能量为特征能量Ec的同步光，张角 的大小为：
[mrad] = 0.33/E [GeV]
BEPC: 2.2GeV, 2.1KeV =0.25mrad
３. 亮度很高
光源谱亮度： 每秒钟从单位光源面积、向单位 立体角发出的、能量范围在光子能量的千分之 一以内的光子的数目。
比W 小得多，因为一部分能量转化为质心系统
的动能。即对质心系统而言，二者是等速反向 的粒子，具有相同的动能 W '。
动粒子撞击静粒子
粒子速度接近 光速时，满足：
W
'
0 [(W
20 2 0
)1/ 2
1]
eff
2W
'
2 0 [(W
20 2 0
)1/
2
1]
因为 W 0
eff (20W )1/2 W
对撞粒子的有效作用能远远超过同样动 能粒子撞击静止靶材产生的有效作用能， 这就是对撞机的最直接作用
对撞方案
同步加速器
e
引出
储存环 对撞区
直线加速器
e
单环方案：适合电荷极性相反而磁 刚度相等的电子对撞机
环形磁铁和真空系统1＃
环形磁铁和真空系统2＃
直线加速器
双环方案：适合电荷极性相反而磁 刚度不相等的对撞机或质子对撞机