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第1章 圆形加速器中带电粒子的运动方程与横向运动1

1.1 带电粒子在电磁场中的运动1

1.2 带电粒子在磁场中的运动3

1.2.1 带电粒子在均匀磁场中的运动3

1.2.2 带电粒子在均匀磁场中运动的稳定性6

1.2.3 带电粒子在径向不均匀磁场中的运动6

1.2.4 带电粒子在径向不均匀磁场中运动的稳定性7

1.2.5 带电粒子在三维磁场中的运动11

1.3 带电粒子在电磁场中的加速运动17

1.4 平衡运动19

1.4.1 恒定磁场共振加速（稳相加速器）20

1.4.2 恒定轨道共振加速（同步加速器）20

1.4.3 恒定电场频率的加速方法（等时性回旋）21

1.4.4 感应场加速的平衡运动22

1.5 自由振荡（快振荡）23

1.5.1 参数不变时的自由振荡23

1.5.2 考虑参数慢变化时的自由振荡24

参考文献25

习题与思考题26

第2章 圆形加速器中带电粒子的纵向运动27

2.1 感应加速器中电子轨道的收缩27

2.2 圆形轨道加速器中的相振荡28

2.2.1 相振荡方程28

2.2.2 相振荡稳定条件29

2.2.3 相振荡的周期与幅度31

2.2.4 相振荡引起粒子轨道和能量分散性的变化33

2.3 粒子在普通回旋加速器中的相运动34

2.3.1 回旋加速器中心区粒子的聚相过程34

2.3.2 粒子在普通回旋加速器中的相移和最大能量36

2.4 等时性回旋加速器中的相运动38

2.4.1 中心区滑相38

2.4.2 平均磁场分布误差与加速电压频率误差所引起的相移39

2.5 分离轨道等时性回旋加速器中的相运动40

参考文献41

习题与思考题41

第3章 粒子在理想周期场中的运动42

3.1 用矩阵法研究粒子横向运动的稳定性42

3.1.1 周期场中粒子的横向运动方程42

3.1.2 横向运动的稳定性判据45

3.1.3 FODO结构的稳定性47

3.2 粒子在周期场中的自由振荡49

3.2.1 Hill方程及其解49

3.2.2 发射度和接受度52

3.2.3 动量色散54

3.3 粒子在周期场中的相振荡58

3.3.1 相运动方程58

3.3.2 小角度振荡59

3.3.3 大角度振荡59

参考文献60

习题与思考题60

第4章 加速器中粒子运动的共振62

4.1 几种常见的共振形式62

4.1.1 非理想场对粒子运动的影响62

4.1.2 强迫振荡62

4.1.3 普通共振63

4.1.4 参数共振64

4.1.5 线性耦合共振66

4.2 高次项与非线性共振68

4.2.1 高次项对粒子运动的影响68

4.2.2 一维非线性共振70

4.2.3 横向非线性耦合共振71

4.2.4 n＝0.2的横向非线性耦合共振72

4.3 用Bogolyubov法求解非线性方程74

4.3.1 Bogolyubov逐次渐进法74

4.3.2 用逐次渐进法解半整数共振方程76

4.3.3 共振线宽度78

4.4 相振荡中的共振79

4.4.1 外力作用下的相振荡方程79

4.4.2 相振荡中的强迫振荡和共振80

参考文献81

习题与思考题81

第5章 周期场中非理想场与非线性共振82

5.1 多极子场82

5.2 磁场偏差引起束流轨道的畸变与校正85

5.3 磁场梯度误差效应86

5.4 色品88

5.5 非线性共振90

5.5.1 弗洛克变换90

5.5.2 谐波分析91

5.5.3 耦合共振94

5.5.4 三阶共振94

5.6 动力学孔径98

参考文献99

习题与思考题100

第6章 用哈密顿法研究粒子的运动101

6.1 拉格朗日与哈密顿表示式101

6.1.1 拉格朗日与哈密顿表示式101

6.1.2 正则变换102

6.2 线性运动103

6.2.1 线性振荡103

6.2.2 单摆105

6.3 用哈密顿法研究非线性运动106

6.3.1 曲线坐标系中的哈密顿方程106

6.3.2 1/3倍数共振108

参考文献110

习题与思考题111

第7章 同步辐射及其平均损失对粒子运动的影响112

7.1 同步辐射112

7.1.1 同步辐射的平均能量损失112

7.1.2 同步辐射光的性质114

7.2 能量振荡阻尼118

7.2.1 考虑辐射损失时电子的能量振荡方程118

7.2.2 能量振荡阻尼系数122

7.2.3 ？函数124

7.3 自由振荡阻尼127

7.3.1 垂直方向的自由振荡阻尼127

7.3.2 径向自由振荡的辐射阻尼129

7.4 辐射阻尼的时间常数与衰减分配数133

7.5 扭摆磁铁与波荡器133

7.5.1 插入件的特征参数K133

7.5.2 插入件中同步辐射光的特性135

7.5.3 插入件磁场对粒子运动的影响136

参考文献136

习题与思考题137

第8章 量子辐射损失对粒子运动的影响138

8.1 量子辐射引起的电子能量振荡138

8.1.1 能量振荡138

8.1.2 束团长度142

8.2 量子辐射引起的电子自由振荡144

8.2.1 束团宽度144

8.2.2 束团高度148

8.2.3 耦合作用下的束团横向尺寸149

参考文献151

习题与思考题151

第9章 束流寿命152

9.1 束流量子寿命152

9.1.1 横向振荡量子的寿命152

9.1.2 纵向振荡量子的寿命155

9.2 束流散射寿命157

9.2.1 库仑散射寿命157

9.2.2 轫致辐射损失159

9.2.3 电子与剩余气体原子的壳层电子之间的弹性散射160

9.2.4 电子与剩余气体原子的壳层电子之间的非弹性散射160

9.2.5 电子与剩余气体的散射总寿命160

9.2.6 束流散射寿命的修正公式160

9.3 Fouschek寿命162

9.3.1 Touschek效应162

9.3.2 Touschek寿命165

9.3.3 Touschek多重散射166

9.4 离子捕获损失167

参考文献168

习题与思考题168

第10章 束流集体不稳定性170

10.1 尾场与阻抗170

10.1.1 尾场函数170

10.1.2 阻抗173

10.1.3 加速器中常见的阻抗174

10.1.4 寄生损失176

10.2 宏粒子模型下的集体不稳定性177

10.2.1 直线加速器中的束流崩溃效应177

10.2.2 强头尾不稳定性179

10.2.3 头尾不稳定性180

10.2.4 纵向Robinson不稳定性182

10.3 应用Vlasov方程的扰动分析法185

10.3.1 Vlasov方程185

10.3.2 势阱扰动186

10.3.3 线性化Vlasov方程188

10.4 多束团不稳定性193

10.5 朗道阻尼194

参考文献197

习题与思考题197

第11章 带电粒子在射频直线加速器中的运动199

11.1 概述199

11.1.1 射频直线加速器199

11.1.2 射频直线加速器电磁场分布的一般表达式200

11.1.3 同步加速条件203

11.2 直线加速器中的纵向运动204

11.2.1 直线加速器中电子的纵向运动204

11.2.2 电子在行波电子直线加速器中的纵向运动206

11.2.3 电子在驻波电子直线加速器中的纵向运动213

11.2.4 粒子在漂移管型直线加速器中的纵向运动216

11.3 直线加速器中的横向运动219

11.3.1 直线加速器中电子的横向运动219

11.3.2 电子在行波电子直线加速器中的横向运动223

11.3.3 电子在驻波电子直线加速器中的横向运动230

11.3.4 电子在直线加速器中纵向与横向运动的耦合235

11.3.5 漂移管型质子（离子）直线加速器中的横向运动238

11.4 粒子在射频四极场加速结构中的运动240

11.4.1 纵向运动241

11.4.2 横向运动243

参考文献244

习题与思考题245

第12章 强流相对论电子束物理基础246

12.1 概述246

12.2 强流相对论电子束的产生249

12.2.1 阴极发射电子初始能量可以忽略时的理想无限大平板二极管的空间电荷限制电流250

12.2.2 阴极发射电子具有初始能量时的理想无限大平板二极管空间电荷限制电流253

12.2.3 平板型二极管空间电荷限制电流二维修正因子256

12.2.4 球头形阴极和针状阴极二极管的空间电荷限制电流257

12.2.5 自箍缩条件下的饱和顺位电流258

12.2.6 外加磁场对二极管阻抗的影响258

12.2.7 二极管产生的强流相对论电子束能谱260

12.2.8 二极管的阳极物理过程260

12.2.9 二极管空间电荷限制电流电压关系随时间的变化262

12.2.10 无箔二极管264

12.3 强流相对论电子束的自电磁场限制电流265

12.3.1 强流相对论电子束在封闭圆柱形金属腔内产生的自电磁场265

12.3.2 强流相对论电子束的自电场限制电流——空间电荷限制电流268

12.3.3 强流相对论电子束的自磁场限制电流269

12.4 强流相对论电子束在中性气体中传输的物理过程270

12.4.1 无外加磁场时的空间电荷中和271

12.4.2 有外加磁场时的空间电荷中和273

12.4.3 强流相对论电子束在传输过程中的电流中和275

12.4.4 束流传输过程中的不稳定性278

12.5 结束语278

参考文献279

习题与思考题280

第13章 束流发射度282

13.1 束流发射度的定义282

13.1.1 束流发射度282

13.1.2 均方根发射度284

13.1.3 有效发射度284

13.1.4 归一化束流发射度284

13.2 直线加速器中束流发射度的增长285

13.2.1 理想加速器中的束流发射度285

13.2.2 非理想传输系统中束流发射度的增长285

13.2.3 高能直线加速器中发射度的增长286

13.3 同步辐射光源装置的束流发射度287

13.3.1 储存环的束流发射度287

13.3.2 DBA聚焦结构的束流发射度289

13.3.3 TBA聚焦结构的束流发射度290

13.3.4 FODO聚焦结构的束流发射度291

13.4 高能直线加速器及储存环中降低束流发射度的方法292

13.4.1 电子束冷却292

13.4.2 随机冷却292

13.4.3 辐射阻尼冷却292

参考文献293

习题与思考题293

索引294