Theory of High Brightness Beam Transport and Acceleration pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Batygin, Yuri

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:

价格:0.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9789810240271

丛书系列:

图书标签:

• Beam Physics
• Accelerator Physics
• Beam Transport
• High Brightness Beams
• Particle Beams
• Plasma Acceleration
• Free Electron Lasers
• Beam Dynamics
• Electromagnetic Fields
• Vacuum Physics

强流束输运与加速理论：理论与应用新进展 图书简介 本书旨在全面、深入地探讨强流束输运与加速领域的前沿理论、关键技术及其在现代科学研究与工程应用中的最新进展。本书内容涵盖了从基础物理原理到复杂系统设计与控制的各个层面，尤其侧重于高亮度、高功率粒子束的精确控制与有效利用。 第一部分：强流束物理基础与模型 本部分为后续深入讨论奠定理论基础。首先，我们详细阐述了束流动力学的基础方程，包括Vlasov方程和流体力学模型在描述高密度、非理想等离子体束流时的适用性与局限性。重点解析了束流的自相互作用（如空间电荷效应、束流稳定性）如何影响束流的演化，并引入了先进的蒙特卡洛模拟方法来处理复杂的非线性动力学过程。 一个核心议题是亮度（Brightness）的定义与量化。我们构建了一套严谨的框架，用于描述和预测束流亮度在传输过程中的退化机制，包括横向相空间增长和纵向能量展宽。这部分深入探讨了束流聚焦与传输线的设计原则，特别是如何最小化束流损失和维持高相空间密度。 此外，本书对束流不稳定性进行了细致的分类与分析。从宏观的快慢波不稳定性到微观的剪切不稳定性，我们详细推导了这些不稳定的临界条件、增长率，并讨论了在实际加速器中抑制这些失稳行为的被动和主动方法。对于集体效应，特别是自聚焦和自集束效应，我们提供了详尽的理论模型，这对于设计高平均功率运行的加速器至关重要。 第二部分：高能束流的精确控制与诊断 现代强流束输运要求极高的空间和时间分辨率控制。本部分聚焦于实现这种精度的关键技术。 在束流整形与聚焦方面，本书详细介绍了磁光学系统的设计优化，包括更高阶磁场对束流质量的影响分析。我们引入了自适应光学技术在实时校正磁场误差和动态补偿束流扰动中的应用，特别是在超高真空环境下的性能表现。对于高能级束流，束流传输线中的残余气体效应和束流-真空壁相互作用是导致束流损失和激发新不稳定的重要因素，本书对此提供了系统的分析工具和缓解策略。 束流诊断是确保传输精确性的核心环节。本书不仅回顾了经典的束流剖面监测（如离子束探测器、二次电子计数器），更深入探讨了用于高亮度束流的非侵入式诊断技术。例如，利用同步辐射或切伦科夫辐射来测量高频渡越时间和能量分布，以及利用激光飞散技术进行高精度横向相空间测量。我们还讨论了在线、实时反馈系统的设计，如何将诊断数据快速转化为磁铁电流或射频（RF）相位的修正信号，以实现毫秒级的束流反馈控制。 第三部分：高梯度与高平均功率加速技术 加速是强流束应用的关键步骤。本部分专注于突破传统加速腔的限制，迈向更高性能的加速技术。 对于高梯度加速，我们详细分析了超导射频（SRF）技术的最新进展，特别是在提高加速腔的品质因数（Q值）和加速梯度的同时，如何有效抑制微泛函效应（Microphonics）和热负荷。本书特别关注新型腔体结构的设计，例如三维优化腔体和L-波段大孔径腔在处理高流强束流时的优势。 在高平均功率加速方面，本书重点讨论了束流负载效应及其对加速相位稳定性的影响。我们提出了脉冲功率管理系统的设计原则，以应对高重复频率下的热积累和机械振动问题。此外，针对未来可能使用质子、重离子或强流电子束的应用场景，我们讨论了等离子体尾场加速（Plasma Wakefield Acceleration, PWFA）的理论瓶颈与工程化前景，特别是如何稳定和控制由高能激光或粒子束驱动的等离子体波。 第四部分：强流束的应用与前沿交叉领域 强流束技术是支撑众多尖端科学研究的基石。本部分将理论与实际应用紧密结合。 高功率质子/离子加速器在核物理、靶标研究和加速器驱动次临界系统（ADS）中的应用是重点。本书讨论了束流与靶材的相互作用理论，包括中子产生、次级粒子注量计算，以及如何设计能够承受极高束流功率的液态或固体靶系统。 在自由电子激光（FEL）领域，强流束的低发射度是产生高相干性辐射的前提。我们深入分析了光束线设计中如何最小化电子束的散度和能量抖动，以实现更短波长、更高亮度的X射线输出。 此外，本书探讨了强流束在材料科学和工业加工中的应用，例如高能离子束注入的深度剖析、束流辐照对材料性能的长期影响，以及高功率电子束在材料表面改性和深层加工中的潜力。 总结 本书内容深度和广度兼备，旨在为从事高能物理、加速器科学、核技术以及相关工程领域的科研人员、工程师和研究生提供一本兼具理论深度和实践指导价值的参考书。通过对这些复杂系统的深入剖析，本书致力于推动强流束输运与加速技术迈向新的台阶。

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