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第一章　高能加速器导论1

1.1 高能加速器在基本粒子研究中的意义1

1.2　加速器的能量提高与技术创新2

1.3　高能加速器的发展前沿7

1.3.1　高能量前沿7

1.3.2　高亮度前沿14

1.4　基于加速器的多学科平台21

1.4.1 同步辐射装置22

1.4.2 自由电子激光24

1.4.3　散裂中子源25

1.5　加速器技术——高能加速器建造和发展的保证27

参考文献28

2.1　加速器磁铁的主要类型30

第二章　加速器磁铁技术30

2.2　加速器磁铁磁场的基本形态和磁场分析33

2.2.1　磁场的基本特性33

2.2.2　磁场的基本形态和磁场分析36

2.3　加速器常规磁铁的设计和建造40

2.3.1　铁心磁铁设计的给定要求和设计的一般考虑40

2.3.2　常规磁铁的极面设计41

2.3.3　磁极极体和铁心回路47

2.3.4　磁铁的端部效应49

2.3.5　铁心磁铁的端部垫补与端部削斜51

2.3.6　铁心材料特性和磁铁运行特性64

2.3.7　铁心磁铁的扰动效应67

2.3.8　磁铁磁场分布的数值计算71

2.4　永磁磁铁72

2.4.1　永磁磁铁的特殊性质72

2.4.2　永磁材料73

2.4.3　永磁多极磁铁的工作原理74

2.4.4　永磁磁铁的扰动效应与磁场微调技术80

2.4.5　永磁磁铁的组装技术81

2.5　超导磁铁82

2.5.1 超导材料83

2.5.2　超导多极磁铁多极磁场的产生84

2.5.3　铁轭的影响93

2.5.4　线圈端部的磁场96

2.5.5　超导磁铁的机械精度和磁场力97

2.6　加速器磁铁的磁场测量98

2.6.1　霍尔片磁场测量98

2.6.2　移动长线圈磁场测量101

2.6.3　旋转线圈磁场测量103

参考文献109

第三章　加速器磁铁电源技术110

3.1 电源技术的发展及磁铁电源在加速器中的作用110

3.1.1 电源技术及功率器件简介110

3.1.2　加速器电源的基本概况117

3.2　几种磁铁电源的基本工作原理122

3.2.1 晶闸管调相直流电源122

3.2.2　开关型直流电源143

3.3　BEPCⅡ储存环磁铁稳流电源简介158

3.3.1 BEPCⅡ对储存环磁铁稳流电源的基本要求158

3.3.2　BEPCⅡ典型稳流电源介绍159

［本章附录1］稳定电源术语定义162

［本章附录2］零磁通电流传感器工作原理（简称：DCCT）164

参考文献168

4.1.1 用直流电压产生的电场加速带电粒子169

第四章　加速器高频技术169

4.1 高频系统在加速器中的作用169

4.1.2　多节累积加速170

4.1.3　直线共振型加速器171

4.1.4 回旋加速172

4.1.5　稳相加速174

4.2　高频谐振器——从LC电路到高频腔179

4.2.1 RLC振荡电路180

4.2.2　高频谐振腔193

4.2.3　谐振腔和束流在实际电路中的等效203

4.3　储存环高频系统的设计207

4.3.1　设计中的储存环高频系统应达到的基本要求207

4.3.2　高频加速腔设计思想207

4.3.3　耦合器与陶瓷窗209

4.3.4　高频功率放大器的方案选择210

4.3.5　低电平控制系统235

参考文献238

第五章　加速器真空系统239

5.1　加速器真空系统基本要求239

5.2　真空物理基础241

5.2.1　真空概念和测量单位241

5.2.2　常用公式241

5.3　真空系统的计算242

5.3.1　流导计算242

5.3.2　抽气方程243

5.3.3　压强分布计算245

5.3.4　蒙特卡罗模拟计算246

5.4　真空获得方法247

5.4.2　溅射离子泵249

5.4.1　涡轮分子泵249

5.4.3　钛升华泵253

5.4.4　非蒸散型吸气剂泵255

5.4.5　分布式真空泵260

5.5　真空测量和检漏方法262

5.5.1　真空测量方法262

5.5.2　真空检漏方法268

5.6　真空材料与工艺270

5.6.1　真空材料270

5.6.2　真空部件表面处理272

5.7　储存环真空系统的设计276

5.7.1　束流与残余气体相互作用寿命277

5.7.3　同步辐射光引起的气体负载279

5.7.2　同步辐射功率279

5.7.4　真空盒的设计280

5.7.5　RF屏蔽波纹管284

5.7.6　结束语284

参考文献285

第六章 同步加速器的注入与引出技术286

6.1 概述286

6.2　注入方式287

6.2.1　单圈单次注入287

6.2.2　单圈多次注入289

6.2.3　多圈注入——H电荷转换注入293

6.3　引出方式295

6.4　冲击磁铁系统296

6.4.1　梯形波冲击磁铁系统296

6.4.2　半正弦波冲击磁铁系统307

6.4.3　高压脉冲谐振充电电源315

6.4.4　冲击磁铁脉冲电源的发展趋势319

6.5　切割磁铁320

6.5.1 导流板型切割磁铁320

6.5.2　涡流板型切割磁铁325

6.5.3　Lambertson切割磁铁326

参考文献328

第七章 加速器束流测量技术329

7.1　束流测量概述329

7.2　束流测量物理331

7.2.1　束流的电磁场331

7.2.2　束流频谱335

7.2.3　单束团341

7.2.4　多束团343

7.3　主要参数的测量方法和原理345

7.3.1 流强测量：BCT,DCCT,WCM，法拉第筒345

7.3.2　束流位置测量347

7.3.3　束流截面测量360

7.3.4　束流发射度测量364

7.3.5　储存环束流能散度测量366

7.3.6　束团长度测量367

7.3.7　振荡频率测量371

7.3.8　束流损失测量375

7.4　逐束团束流反馈系统377

7.4.1　系统的主要参数377

7.4.2　系统组成379

参考文献381

8.1　计算机控制系统的基本概念383

第八章　加速器控制技术383

8.1.1 计算机控制系统的组成384

8.1.2　控制系统的发展史385

8.1.3　分布式控制系统的体系结构387

8.1.4 自动控制系统和控制规律388

8.2　计算机控制技术392

8.2.1　实时操作系统392

8.2.2　网络通讯技术394

8.2.3　现场总线技术398

8.2.4　硬件接口和前端控制设备401

8.2.5　数字信号处理和反馈技术408

8.2.6　以数据库为核心的信息管理系统410

8.2.7　抗干扰和容错技术413

8.3.1　系统设计和开发415

8.3　控制系统的开发与集成415

8.3.2　硬件系统的配置和选型416

8.3.3　组态软件417

8.3.4　软件工程423

8.3.5　质量控制424

8.4　加速器控制系统426

8.4.1 加速器控制系统的任务427

8.4.2　加速器控制系统的功能429

8.4.3　加速器控制系统的体系结构429

8.4.4　系统集成工具EPICS432

8.4.5　加速器控制系统的组成436

参考文献453

第九章 电子直线加速器技术455

9.1 概述455

9.2　电子直线加速器原理459

9.2.1　稳相原理460

9.2.2　盘荷波导中的电磁场462

9.2.3　主要参数及其选取标准465

9.2.4　纵向运动方程467

9.2.5　聚束过程的分析468

9.3　RF加速结构469

9.3.1　等阻抗加速管470

9.3.2　等梯度加速管470

9.3.3　等梯度加速结构设计的考虑472

9.4　电子枪473

9.4.1　常规电子枪474

9.4.2　新型电子枪479

9.5　正电子产生系统482

9.5.1　常规正电子源概述482

9.5.2　转换靶484

9.5.3　横向相空间匹配486

9.5.4　正电子束的纵向俘获490

参考文献492

第十章　加速器辐射防护与安全技术494

10.1　辐射防护的理论体系494

10.1.1　辐射防护的概念494

10.1.2　辐射防护的法律依据495

10.1.3　辐射防护标准495

10.1.4　辐射防护剂量限制体系497

10.1.5　辐射防护基础知识500

10.1.6　辐射危险的控制504

10.1.7　辐射防护中常用的量与单位504

10.1.8　加速器防护安全设计505

10.2.1　加速器的屏蔽506

10.2　加速器辐射防护的设计506

10.2.2　加速器辐射防护设计标准和辐射区域的划分507

10.2.3　辐射源与辐射屏蔽508

10.2.4　孔道、迷道和防护门518

10.2.5　天空反散射剂量520

10.2.6　感生放射性521

10.2.7　气载放射性（空气活化）523

10.2.8　冷却水的感生放射性525

10.2.9　土壤活化527

10.2.10　速调管产生的X射线527

10.3　加速器辐射监测528

10.3.1　加速器辐射场的特点528

10.3.2　辐射剂量监测529

10.4　加速器安全技术530

10.4.1　窒息性气体530

10.3.4　液态流出物的监测530

10.3.3　表面污染监测530

10.4.2　有毒有害气体（O3）531

10.4.3　易燃易爆物品532

10.4.4　微波532

10.4.5　电器安全533

10.4.6　火灾报警533

10.4.7　加速器安全连锁534

10.4.8　加速器安全运行535

10.4.9　加速器辐射事故举例536

10.5　数字化辐射防护537

参考文献538

索引541