等离子体物理基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:朱士尧

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:1983

价格:1.05

装帧:平装

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丛书系列:

图书标签:

• 物理
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• 等离子体物理
• 等离子体
• 物理学
• 等离子体诊断
• 等离子体应用
• 电磁学
• 气体放电
• 等离子体模拟
• 聚变
• 空间物理

宇宙的脉动与物质的终极形态：高能粒子加速器原理与应用 本书深入探讨了现代物理学最前沿的领域之一——高能粒子加速器技术及其在基础物理研究、材料科学乃至医学等多个领域的广泛应用。我们不再关注宏观等离子体中的电磁场行为，而是聚焦于微观世界中粒子束流的精确操控与高能碰撞的物理机制。 本书分为五个核心部分，旨在为读者构建一个全面而深入的知识体系： 第一部分：加速器物理学的基本构架 本部分首先回顾了经典电磁学中对带电粒子运动的描述，重点解析了洛伦兹力在加速过程中的精确数学形式。随后，我们详细阐述了粒子加速的核心原理，即同步加速与聚焦的需求。 直线加速器（Linac）作为加速器的基础单元，其工作原理被细致剖析。我们探讨了交变电场如何提供持续的推力，以及漂移管结构如何解决相位稳定性问题。不同类型的Linac结构，如漂移管型、辐照型（Drift-tube Linac, DTFL）和辐照-间隔板型（Side-coupled Structure, SCS），其设计哲学和效率差异被进行了对比分析。 圆形加速器是实现超高能量的关键。本书重点介绍了回旋加速器（Cyclotron）、同步回旋加速器（Synchrocyclotron）和现代高能物理实验中不可或缺的同步加速器（Synchrotron）。在同步加速器部分，我们详尽阐述了磁铁同步增加磁场强度以保持粒子轨道半径恒定的物理基础，以及射频（RF）系统在维持粒子束稳定相位和能量方面的关键作用。 第二部分：束流动力学与稳定性控制 加速器运行的成败，关键在于对数以亿计的带电粒子束流的精确管理。本部分深入研究了束流动力学（Beam Dynamics）。 我们首先引入了相空间（Phase Space）的概念，用以描述粒子束的分布。李乌维尔定理在这里得到了应用，阐明了在理想情况下束流的体积在相空间中是如何保持不变的，这对束流的传输效率至关重要。 聚焦系统是保证束流不扩散的关键。我们详细分析了四极铁（Quadrupole Magnets）和六极铁（Sextupole Magnets）在实现强聚焦（Strong Focusing）原理中的数学模型。强聚焦理论的诞生是现代高能物理加速器能够达到TeV量级能标的基石，本书通过解析矩阵方法展示了如何设计磁铁阵列以实现束流的横向稳定。 此外，横向运动与纵向运动的解耦是同步加速器设计中的核心挑战。我们讨论了信道（Chicane）和色散（Dispersion）的概念，以及如何通过精确的轨道校正来补偿误差和非线性效应。 第三部分：高亮度与高能束流的产生与处理 现代加速器不仅追求高能量，更追求高亮度（即单位时间单位体积内的粒子数）。本部分聚焦于实现高亮度所需的关键技术。 束源（Source）的开发是整个链条的起点。我们分类讨论了电子源（如电子枪、光阴极源）和质子/重离子源（如多级离子源、激光驱动源）的工作原理、效率瓶颈及其优化策略。特别地，对于需要极高极化度的实验，我们详细介绍了布朗梳效应在超导磁体中对电子束流的影响与抑制。 束流注入与捕获：从低能注入器（如倍增器或小型同步加速器）到主环的有效注入是能量提升过程中的关键步骤。我们分析了快循环注入技术中，如何通过快速调节磁铁和RF频率，将预加速的粒子束精确地“捕获”到主环轨道上。 束流团的压缩与储存：对于储存环和对撞机，长时间维持束流的稳定至关重要。本书深入研究了阻尼技术（如辐射阻尼在电子对撞机中的应用），以及束流反馈系统，该系统利用先进的传感器和高速处理器，实时监测并修正束流位置、角度和能量漂移。 第四部分：高能对撞与探测技术 高能物理的最终目标是通过粒子间的碰撞获取新物理信息。本部分将焦点从“加速”转移到“探测”。 对撞几何与亮度优化：在对撞机中，如何最大化有效截面（Luminosity）是一个复杂的优化问题。我们探讨了“云团对撞”（Crossing Angle）的利弊，以及如何设计最优的“IP”（Interaction Point）光学系统，以在碰撞点实现最小的束束效应（Beam-Beam Effects）。 高能探测器的原理：本书概述了用于记录高能碰撞事件的四大类探测器技术： 1. 径迹探测器（Tracking Detectors）：如硅微条探测器（Silicon Microstrip Detectors）和漂移室（Drift Chambers），分析带电粒子的偏转轨迹以测量动量。 2. 量能器（Calorimeters）：包括电磁量能器（EM Calorimeter）和强子量能器（Hadron Calorimeter），用于测量粒子的总能量。 3. μ子探测器（Muon Chambers）：利用厚重的屏蔽层，只允许穿透力极强的μ子通过。 4. 触发系统（Trigger Systems）：在每秒数十亿次的碰撞事件中，如何以毫秒级的速度筛选出有物理意义的事件，是实时数据采集的挑战。 第五部分：加速器技术的衍生应用 高能加速器技术并非仅限于基础物理研究。本部分展示了其在工程与应用科学中的重要角色。 同步辐射光源（Synchrotron Light Sources）：作为“超级显微镜”，同步辐射光源通过电子在弯转磁铁或专用扭摆器（Wiggler）/波荡器（Undulator）中发出的高亮度X射线，广泛应用于凝聚态物理、生物结构解析和材料表征。我们详细分析了波荡器谐波的产生机制和光束线的配置。 医疗加速器与粒子束治疗：质子治疗和重离子治疗（如碳离子治疗）已成为癌症治疗的前沿技术。本书解释了为什么精确控制粒子射程（布拉格峰）对于保护周围健康组织至关重要，以及射野控制系统（如扫描磁铁）的设计要求。 工业应用：最后，本书触及了加速器在材料辐照改性、无损检测、芯片制造（离子注入）以及核废物嬗变等工业领域的实际部署案例。 全书通过严谨的物理推导、工程图示和最新的实验数据，为读者提供了一个理解和掌握高能粒子加速器复杂系统的坚实基础。它旨在培养读者从宏观的磁场设计到微观的粒子动力学控制的系统性思维能力。

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科普性质，可以了解一下相关概念，配合教材使用。

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大概是面向高中生的=。= 配图很萌

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