例谈几种常见加速器的工作原理 浙江奉化中学 王军明 加速器的全称是“带电粒子加速器”,顾名思义，它是利用电磁场加速带电粒子的装置。带电粒子包括电子、质子、α粒子和各种离子。加速器将电磁能量转移给带电粒子,使带电粒子速度加快,能量增高。自1931年首台静电加速器问世以来，这种作为探索原子核结构而发展起来的粒子加速器得到迅速的发展。加速器类型已增加到20多种。数量已达五千多台。按粒子在加速过程中的轨迹和加速原理相结合的分类方法：可分为高压加速器、感应加速器、直线加速器和回旋加速器。04年高考又把“回旋加速器”列入考试大纲，所以本文结合例题简单谈谈这几类加速器的工作原理。 一、高压加速器 高压加速器是利用直流电场加速带电粒子的加速器。这类加速器结构简单，造价低廉。 例1、串列加速器是用来产生高能离子的装置。如图（一）中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b 处有很高的正电势U,a 、c 两端均有电极接地（电势为零）。现 将速度很低的负一价碳离子从a 端输入，当离子到达b 处时， 可被设在b 处的特殊装置将其电子剥离，成为n 价正离子， 而不改变其速度大小，这些正n 价碳离子从c 端飞出后进入 一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B 匀强磁场中，在磁 场中做半径为R 的圆周运动，已知碳离子的质量 kg m 26100.2-?=，v U 5105.7?=，,2,50.0==n T B 基 元电荷c e 19106.1-?=,，求R. 解析：设碳离子到达b 处时的速度为1v ,从c 端射出时的速度为2v ，由能量关系得eU mv =2121 ……①，neU mv mv +=21212221……②，进入磁场后，碳离子做圆周运动，可得R v m B nev 222=……③ ， 由以上三式可得 e n mU nB R )1(21+=……④ ， 由④式及题给数值可得R=0.75m 二、感应加速器 例2，电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场加速电子的。在圆形磁铁两极之间有一环形真空管，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。被加速的电子同时在洛仑兹力的作用下沿圆形轨道运动。在10-1ms 内电子已经能获得很高的能量了。最后把电子引入靶室，进行实验工作。北京正负电子对撞机的环行周长为=240m,加速后电子在环中做匀速圆周运动的速率接近光速，其等效电流大小I=8mA,则环中约有多少个电子在运行？ 解析：一周内每个电子通过每一截面一次，设电子个数为N,周期为T.则,T Ne I =c L T =,
加速器原理总结 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
加速器原理总结 第一章：绪论 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 ? （4）束流强度及时间特性：I，直流束或脉冲束。 （5）束流的发射度： ' (,) S r r ε π =() mm mrad ? 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== = 001)W εεε=-=- 2 0() w P mv m c mc c c βεβ β+==== 由：22 mc ε== = 1 2 220 ()βεεε=- ? 1112222 2 00001122000111()[()()][()]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、电子枪-基本结构和工作原理 （1）热发散电子枪的结构及工作原理 （2）场致式电子枪的结构及工作原理 2、离子源-基本结构和工作原理 （1）高频离子源的结构及工作原理; （2）双等离子源的结构及工作原理; （3）ECR 离子源的结构及工作原理. （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。 3、离子源的束流品质 （1）束流强度； （2）束流的发射度；
感应加速器的原理和技术 张伦 （国防科大三院三队，长沙，410072） 摘要：简要分析了回旋加速器存在的缺陷，说明了感应加速器的原理，并对相关技术进行了初步的探究。 关键词：感应加速器 1 问题的提出 目前，粒子加速器按照粒子加速过程中路径的不同可分为直线型和曲线形，在中学的学习中，我们简要的了解了直线型加速器和劳伦兹回旋加速器的相关原理。劳伦兹加速器能够实现在小范围内利用较低电压加速粒子的目的，减少了加速器的建造成本和体积，但是劳伦兹加速器在粒子加速上有不可避免的自身缺陷： 最初发明回旋加速器的思想是：粒子在无场的D 型盒内转半个周期的时间，必须严格等于D 型间隙的加速场变化半个周期的时间。可是实际上，考虑高速情况下粒子质量的相对论效应，粒子在磁场中的旋转周期是随着粒子能量的增长而增长的。[1] ZeB m T c π2= （1） 2/120)1(β-=m m ~质量相对论效应 （2） 另一方面由于磁感应强度B 沿着半径增大而减小，两者更加大了在粒子加速过程中旋转周期c T 与加速电场周期间的差距。从而使粒子 不能与加速电场“谐振”而导致在电场中减速，限制了最大速度。
2 解决原理 由电磁感应定律可知：随时间变化的磁感应强度B 会感生涡旋电场，其大小和分布由下式决定： t B E ??-=?? （3） 在电子感应加速器中，通常采用轴对称分布的磁场，因此涡旋电场的形状是闭合的圆环，电场的方向则与磁感应强度增长的所组成的右手螺旋系统方向相反。由于涡旋电场的性质，进入到电场区并符合一定初始条件的粒子，有可能被这样的涡旋电场连续的加速而获得较大的速度，并且在这个过程中不受粒子质量相对论效应的影响。这样就克服了回旋加速器的速度限制。 3、感应加速器原理和技术 3.1沿恒定轨道加速电子的条件 在轨道附近的环形狭窄区域，设置了迫使电子做圆周运动的导引磁场，为了使电子在加速过程中沿一个恒定的轨道运动，必须是导引磁场强度)(0 t B R 随时间的增长率与粒子动量)(t P 的增长率之间保持平衡，由此决定粒子加速过程中运动的平衡轨道[2]，下面我们探究两者之间关系： 粒子在磁场中作圆周运动，洛伦兹力提供向心力，满足 )()()(020 2t B t ev R t mv R = （4） 即 ) ()(00t eB t P R R = （5）
加速器原理总结 第一章：绪 论 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 ? （4）束流强度及时间特性：I ，直流束或脉冲束。 （5）束流的发射度：'(,) S r r επ = ()mm mrad ? 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：0 1m β =- 粒子能量：
2 0mc ε=; 22 mc ε== = 001)W εεε=-= 2 0() w P mv m c mc c c βεβ β+==== 由：22 mc ε== = 1 2 220 ()βεεε=- ? 1112222 2 00001122000111()[()()][()]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、电子枪-基本结构和工作原理 （1）热发散电子枪的结构及工作原理 （2）场致式电子枪的结构及工作原理 2、离子源-基本结构和工作原理 （1）高频离子源的结构及工作原理; （2）双等离子源的结构及工作原理; （3）ECR 离子源的结构及工作原理. （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。 3、离子源的束流品质 （1）束流强度； （2）束流的发射度；
《加速器原理及应用》教学大纲 Principle of Accelerator 一、课程基本信息 课程名称：加速器原理及应用 Principle of Accelerator 课程代码：0805080220201 课程类别：专业课 学时：40学时 学分：3个学分 考核方式：考查 二、教学目的及要求 本课程重点讲述加速器基本概念、基本原理及其应用.希望学生通过本课程学习,深入了解各类加速器的工作原理、结构性能特点、及其主要应用领域. 三、教材 《加速器物理基础》陈佳洱编著，原子能出版社，1993年。 四、参考文献 1、《加速器原理》，徐建铭编著，科学出版社，1973年 2、《粒子加速器原理》, 杜伟燮编著，原子能出版社，1984年 3、《神通广大的射线装置-带电粒子加速器》,方守贤编著，清华大学出 版社，2001年 4、《加速器理论》，刘乃泉主编，清华大学出版社，2004年 五、先修课程 要求学生具备《高等数学》、《大学物理》、《数学物理方法》、《线性代数》、《电动力学》、《理论力学》、《高频电子学》等课程基础。 六、成绩评定 平时成绩、期末成绩各占30%和70%。 七、主要教学内容
第一章绪论(4学时) 一、加速器的基本构成 二、加速器的发展简史 三、加速器的分类 四、加速器的应用 五、粒子运动参量的相对论述 第二章带电粒子源(4个学时) 一、带电粒子束的主要参数 二、离子源的工作原理及结构 三、离子源的主要类型 四、电子和正电子源 第三章高压加速器(4学时) 一、概述 *二、高压发生器 三、高压电场与绝缘介质 四、加速管 五、高压加速器的其它技术 *六、典型高压加速器及其应用 第四章带电粒子在恒定磁场中的运动与聚焦(4学时) 一、粒子的封闭轨道和运动方程 二、带电粒子在均匀磁场中的运动方程 三、带电粒子在常梯度磁场中的运动 四、带电粒子在交变梯度磁场中的运动 第五章感应型加速器(4学时) *一、电子感应加速器工作原理 二、电子感应加速器的结构 三、电子束的性能及电子感应加速器的应用 四、直线感应加速器 第六章回旋加速器(8学时) 一、前言
医用电子直线加速器介绍1.外照射治疗机 同位素远距离治疗机 深部X射线治疗机 医用电子加速器 医用质子加速器 医用中子发生器 医用重离子加速器 医用-介子发生器 2.内照射治疗机 射线后装机 中子后装机 3.立体定向放射外科治疗装置 γ-刀 X-刀 质子刀 中子立体定向放疗装置
医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。 四、医用电子直线加速器的原理 1.基本原理 2.系统框图 3.主要组成部分
●加速系统 ●辐射系统 ●剂量检测系统 ●机架、治疗床及辐射头运动系统 ●控制系统 ●温控及充气系统 4.加速系统 加速系统是医用电子直线加速器的核心。由加速管、微波传输系统、微波功率源、脉冲调制器等组成。
加速管由电子枪、加速结构、引出系统、离子泵组成。电子枪产生供加速的电子，其阴极被加热后产生热发射电子，在阴极和阳极间的高压电场作用下，以一定的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。 加速结构有行波和驻波两种加速结构，是对电子进行加速的核心器件。微波功率经耦合波导馈入后，在其中产生行波或驻波电磁场。驻波结构可以在同样长度上比行波获得更高的能量增益。引出系统的作用是将电子束引出，分为直束式和偏转式两种，低能机的加速管较短，大多采用直束式，中、高能机的加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏转式引出系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。 4.2微波传输系统 微波传输系统主要包括： 弯波导及直波导
定向耦合器 吸收水负载 三端环流器 4.3微波功率源 低、中能机常用磁控管作微波功率源。 磁控管是微波自激震荡器，体积小，工作电压低，但其工作频率易漂移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。 高能机需较高的微波功率，常用多腔速调管作为微波功率源。速调管是微波功率放大器，体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。
医用直线加速器 医用加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装 置。带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电 粒子加速到更高能量的电磁装置，常称“粒子加速器”，简称为“加速器”。要 使带电粒子获得能量，就必须有加速电场。依据加速粒子种类的不同，加速电场 形态的不同，粒子加速过程所遵循的轨道不同被分为各种类型加速器。目前国际 上，在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。 电子直线加速器 电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子与大功率微波的微波电场相互作用，能量电子直接引出，可作电子线治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发射X射线，作X线治疗。根据电子与微波电场的作用方式不同，电子直线加速器分为行波加速器和驻波加速器。一个最简单的电子直线加速器至少要包括，一个加速场所（加速管），一个大功率微波源和波导系统，控制系统，射线均整和防护系统。当然市场上作为商品的设备要远比这些复杂，但这些基本部件都是必不可少的。 基本介绍 医用加速器按照能量区分可以分为低能机、中能机和高能机。 不同能量的机器的X 线能量差别不大一般为4/6/8MeV，有的到10MeV。按照X 能量的档位加速器分为单光子、双光子和多光子。 低中高能机的区分主要在于给出的电子线的能量。 和高能物理用电子直线加速器相比，1—50MeV 属于低能范围，但对临床 使用，能量为50MeV 的医用电子直线加速器属于高能范围。 低能医用电子直线加速器 (1)只提供一挡X-辐射，用于治疗深部肿瘤，x-辐射能量4—6MV，采用驻 波方式时加速管总长只有30cm 左右，无需偏转系统，同时还可省去聚焦系统 及束流导向系统，加速管可直立于辐射头上方，称为直束式。直束式的一个 优点是靶点对称。
《加速器原理》教学大纲 一课程的目的和基本要求。 《加速器原理》是原子核物理、核技术、辐射防护与环境工程等本科专业的专业课之一，本课程讲授的主要内容为加速器的基本理论、基本原理、基本结构和基本技术。本课程的教学目的和基本要求为：通过本课程的学习使学生掌握加速器的基本理论、基本原理、基本结构和基本技术，并对加速器理论和技术研究的最新进展有较为充分的了解，培养学生分析问题和解决问题的能力；使一部分学生毕业后能够适应利用加速器开展原子核物理、核技术应用方面的研究工作；使一部分学生毕业后能适应加速器物理与加速器技术方面的研究开发工作。 二教学内容和学时分配。 本课程教学 第一章：绪论（4学时） 教学内容要点：加速器的发展历史及用途；加速器的分类；加速器的束 流特性；带电粒子在电磁场中的运动方程。 第二章：粒子源与束流品质（8学时） 教学内容要点：电子枪的结构及原理；离子源的结构与原理（包括：潘 宁离子源、高频离子源、双等离子源、ECR离子源等）；离子源的束流 品质（束流的相空间理论、束流发射度、束流亮度、束流能散度、束流 强度、束流能量等）；离子源束流发射度的测量方法。 第三章：高压倍压加速器（6学时） 教学内容要点：高压倍压加速器的基本组成及加速原理；倍压高压电源 的基本结构、升压原理及局限性；高压的稳定与测量；带电粒子的加速 与传输；离子束传输的聚焦元件（电透镜、磁透镜）；倍压加速器的束 流特性。倍压加速器的典型事例及用途； 第四章：高压静电加速器（6学时） 教学内容要点：高压静电加速器的基本组成及加速原理，静电起电机的 基本结构、升压原理及局限性；静电加速器的加速管及加速原理；串列
创新加速器的工作原理 来源:《商学院》时间：2013-03-21 17:27 作者：马新莉字体：大中小 只招最“牛”的人，是facebook的招聘原则。当“群雄”聚首之后，facebook又创建了怎样的 环境，使得他们创新不断、公司快速发展。 作为Facebook第二位中国籍工程师、第一位中国籍研发经理，王淮一手开创了Facebook的支付安全和客服工具领域。更可贵的是，作为早期员工，他见证了2007~2011年Facebook在上市前的集中爆发，参与塑造了Facebook的文化与价值观。 从斯坦福骑自行车到Facebook，单程用不了10分钟，至今回忆起来，王淮仍心驰神往，“Facebook在我离开之后搬到了加州的门洛帕克(Menlo Park)，在那之前一直在帕洛阿尔托(Palo Alto)，门前有一条大学街(University Avenue)，大学指的就是斯坦福，大道两旁 是非常出名的两排棕榈树，一直伸展到帕洛阿尔托的中心，所以这条大道一头连着Facebook，一头连着斯坦福。斯坦福的学生毕业后去Facebook工作的也特别多。” 在斯坦福 MSE(“Management Science and Engineering”)专业就读的经历，几乎伴随了王淮在硅谷工作的整个历程。斯坦福在创新方面的教育，在美国所有的高校中独树一帜。而MSE，是斯 坦福创业教育的一个优秀典型。 现在,他回国做了一名天使投资人，与薛蛮子、徐小平做投资搭档，看到的中国市场满 眼是互联网机会，但是接触的中国公司，创新仍然是最难的关卡。 究竟，Facebook为招揽来的创新牛人建设了怎样的一种创新气氛和环境，使得他们创新不断、快速发展?王淮告诉了我们其中的故事。 先有创新的老板，后有创新的公司 在王淮眼里，美国真正的创业中心有四个：硅谷、西雅图、奥斯丁和纽约，硅谷远远把其他三个抛在身后，围绕斯坦福为中心，周围50平方英里之内的创业圈，汇集了创新方面最顶尖的人才。即便在硅谷，Facebook创新基因也显得特别强大。 “老板首先是个非常强调创新的人，这对一个创业公司来说很重要，如果老板喜欢去强 调条条框框的话，员工再开放也没有用。Zuck(Facebook内部对扎克伯格的昵称)初生牛犊不怕虎，对Facebook的成长是件好事，因为不会因为前人的做法，年轻人不知道什么东西不可以。”王淮说。 在王淮进入Facebook之前不久，扎克伯格刚刚放弃了10亿美元的雅虎收购报价。“他不能说对金钱完全不关心，但是为了理想可以这样坚持，真是非常让人敬佩。”王淮记得当 时举行了一个突破2000万用户的庆祝派对，谁也想不到现在用户超过10亿。“一个年轻人，在21岁时拒绝10亿美元，这是什么概念啊?尤其当时Facebook只做了三年，头一两年并没这么大发展，所有人包括硅谷的VC都觉得10亿美元的估值太夸张和疯狂了。面对这么大的诱惑，可能每个人都很难去拒绝。”
加速器原理总结 第一章：绪 论 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 ? （4）束流强度及时间特性：I ，直流束或脉冲束。 （5）束流的发射度：'(,) S r r επ = ()mm mrad ? 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== =
由：22 mc ε== = 1 2 220 ()βεεε=- 第二章 带电粒子的产生→电子枪和离子源 1、电子枪-基本结构和工作原理 （1）热发散电子枪的结构及工作原理 （2）场致式电子枪的结构及工作原理 2、离子源-基本结构和工作原理 （1）高频离子源的结构及工作原理; （2）双等离子源的结构及工作原理; （3）ECR 离子源的结构及工作原理. （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。 3、离子源的束流品质 （1）束流强度； （2）束流的发射度； （3）束流的亮度。 4、束流相空间理论 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）
加速器电离室的工作原理与维修 解放军总医院304临床部仪器科张永敏 摘要：本文着重介绍电离室的工作原理及电离室的构造，电离室作为射线探测器在加速器中所起的重要作用。以及电离室损坏后的修复、更换，怎样通过实验的方法确定电离室的工作电压，避免更换电离室后所带来的不良后果。 关键词：加速器电离室 电离室又称射线探测器，它是将射线能量转换成电信号的装置，是射线设备的重要部件，它的优劣以及是否正常使用，都会直接影响设备的性能。目前射线设备常用的气体探测器主要有电离室、正比计数器、盖革计数器，他们分别在不同的电场下工作。 1.原理与结构 1.1射线穿过电离室时，探测器中的气体在射线的作用下被电离, 电离后的电子和离子在电场的作用下分别向正负两极移动，根据收集极收集到电离电荷的多少来量度辐射的能量。 电离室是一个充有氮气或其他气体的密封容器，容器内装有电极，电极与容器壁之间加有一定的电压，形成电场。当带电粒子进入电离室时，气体被电离成许多正负离子对。在 电场的作用下分别向正负极移动形成电流，其微弱的电流信号大约为107--103-A。实际上 加速器常用的电离室为一平板圆盒状结构。外部有负高压电极，两套独立的信号电流接收电极，接收到的两路弱电流信号用作计量停机，第一路信号计量停机失败后，第二路信号在第一路信号（设定治疗计量）的基础上多40rad后停机保护用。 1.2 若穿过电离室的射线强度不变，那么探测器的输出脉冲器强度随着外电场由低到高连续变化时，可在收集极收集到不同的电流脉冲强度。这是因为所加电场不同产生电离的离子对数目也不同，所以在收集极得到的电流脉冲强度也不同。 如果我们在电离室的高压电极加一个连续变化的电场就会发现，当电场电压较低时，电离后的正负离子对分别向两极移动，在移动过程中正负离子对相互碰撞而复合，真正到达两极的离子较少，收集极收集的电流脉冲强度也小，大部分离子对碰撞复合而烟灭（复合＞到达两极的离子），这一阶段称为复合区。随着电场电压继续升高几乎所有被电离的正负离子对在电场的作用下到达两极，形成较强的电流脉冲。此时电场再升高，离子流没有明显变化，形成一个平坦的区域，这就是电离区。现在放射设备用的电离室就工作在这一区域。当电压继续升高时平坦区域被打破，由于电场较高，电离后的正负电子对具有较高的能量，在到达两极的路程中，与气体分子相碰撞产生次级电离，次级电离产生的电子具有足够的能量再次引起新的电离，这样两极收集到的正负离子对大大增加，这一区域称为正比区，正比计数器就工作在这一区域。电场电压再升高，在正极周围聚集大量正离子形成电荷区，限止离子流的形成，此区域称为限止正比区。电场进一步增加，到达两极的正负离子对逐渐达到饱和，这一区域称为盖革区，盖革-弥勒计数器工作在此区。若电压再升高，将会引起极间击穿放电，探测器将不能正常工作，或被损坏。 由此我们知道，加速器电离室工作在电离区，在调试时一定要注意这一点，避免造成计数不准影响机器性能或造成严重的后果。 1.3 在使用电离室时考虑的参数主要有饱和特性、灵敏度和线形范围。按电离室的设计要求对电离室电场电压进行必要的调试，使电离室工作在良好的电离区域。 2．电离室工作灵敏体积的计算 v=πr2h=π·(40)2·2=1.0·104mm3
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
2、详述真空系统的操作方法 解：先打开上边的一个阀门，进行抽气，上边的一个抽完后关闭阀门，然后打开下边的一个阀门进行抽气，经过上下两级抽气泵的工作就可以得到我们想要的真空状态 3、电子的注入和俘获条件 解：①电子感应加速器中被加速的电子总是围绕着平衡轨道运动的，所以发射电子的电子枪不能放在平衡轨道上，一般放在平衡轨道的外侧； ②注入时刻的电子与平衡电子的动量差将引起轨道分散，使封闭轨道偏离平衡轨道，因此在加速过程中轨道磁感应强度逐渐增大； ③注入时刻t应选择t2，此时封闭轨道就是平衡轨道，沿切线方向入射的电子将围绕平衡轨道作衰减振动。 4、感应加速器的结构 解：感应加速器主要由4个部分组成，分别为加速器主体，脉冲电源系统，束流运输系统，束流监测系统。 5、电子的偏移和引出方法 解：电子的偏移方法有两类：①破坏磁场的2:1条件，引起平衡轨道的收缩或扩张，从而使电子进入引出装置或打靶；②使轨道磁场畸变，进而引起电子封闭轨道畸变，封闭轨道畸变最大的地方没有电子引出装置。 电子的引出装置有三类：①用薄钢片做成磁场屏蔽罩将轨道磁场屏蔽，电子在磁屏蔽区内几乎走直线，经过薄铝窗引出；②在引出电子处放置引出绕组，并通过脉冲电流，使绕组产生的磁场抵消轨道磁场，这样，在绕组区电子的轨道近于直线，并穿过薄铝窗引出真空室；③先使偏离平衡轨道的电子通过2-3μm后的铝箔，电子进薄铝箔散射后，散射大的电子进入由偏转板产生的静电场区，使电子的曲率半径加大，穿过铝窗从真空室引出。
2,了解同步加速器的增强器，储存环，插入件，光束线，实验站。 增强器实际上是一台同步加速器。它的作用在于将从直线加速器或别的加速器来的带电粒子加速到一定的能量，束流时间结构等参数与下一台加速器相匹配，同时使束流强度，束流品质得到改善。储存环，带电粒子的储存环的主要功能不在于加速粒子，而主要用于积累带电粒子，即不断的让具有较高能量的粒子注入并进行积累，使储存的束流达到要求值并较长时间的在加速器中循环。插入元件：所谓的插入元件是指在储存环的直线段上插入的扭摆磁铁和波荡器等等。光束线闲着电子储存环的外侧是用试验站与电子储存环之间的桥梁 3，了解同步辐射光的特点及应用。 同步辐射光源的特点：同步辐射光源是有史以来人类创造的最优秀的光源，由同步加速器中发出的同步辐射光，它的亮度极高，与激光相媲美，波长范围很宽，强度和各种性能参数都能保持极高度的稳定；它是一种在超强真空环境里纯粹由电子改变运动方向而产生的超纯光。应用：直接观察细胞内部活动的x光显微术，中国科技大学的国家同步辐射实验室；对精细材料的探索；制造武器，超微加工技术。 1.经典回旋加速器的工作原理 带电粒子似某一速度在恒定的均匀磁场的引导下沿着螺旋形轨道旋转，并在高频电极的狭缝状加速电隙处共振加速以提高粒子的能量 2.等时性回旋加速器的工作原理 让磁感应强度从中心沿半径增加以保持粒子回旋频率不变从而保证粒子的谱振加速 3.带电粒子的引出方法 1．静电偏转引出——增大了粒子的曲率半径使其离开原来的平衡轨道然后进入磁场迅速减弱的边缘区域最后被引出真空加速室之外 2．共振引出——在引出半径上用一次谐波场激发态的相干性振幅以此诱发的Vr=v/N 的非线性共振，在径向相干性振幅增大到适当大，而束流品质尚未明显变坏的时候用静电偏转器或磁屏蔽通道将离子迅速引至器外 3．负离子束的引出——在引出半径上设置一个电子剥离膜，当负离子穿过膜时，即因电子剥离而转变成正离子，结果随着轨道曲率的反转负离子使自动射出器外 4掌握同步加速器结构，掌握弱聚焦和强聚焦同步加速器的磁场特点，掌握偏转及聚焦磁铁2.同步加速器包够以下几个主要部分：主导磁铁，聚焦磁铁，校正磁铁，高频加速系统， 真空系统，束流测量及控制系统，注入引出系统 3.强聚焦同步加速器磁场特点：交变梯度而且磁场降落指数lnl>>1;弱聚焦同步加速器磁 场特点：常梯度聚焦且磁场降落指数lnl<1 4.偏转磁铁由较薄的低碳钢片叠装而成，压力磁线圈由铜管或铝管绕制，导体内通冷却水 冷却其作用是引导带电粒子弯转作近似圆周运动，聚焦磁铁由四极磁铁组成，磁极面是双曲线连接一段直线它们交替排列在粒子封闭轨道上，产生交替变化的横向聚集力