《加速器作业全部答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加速器作业全部答案（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章作业及答案1、加速器由几个部分组成，分别具有什么作用？粒F源*提供所需加速的各种粒子；真空加速系统，a）加速管或加速腔；b）控制束流运动轨道的导引、聚焦系统电 磁场系统；c）真空系统。带电粒子的加速过程必须在真空条件下进行.以免与气体分子碰撞而损失。束流输运分析系统，用以在源和加速器之间、加速器和靶之间.或当多个加速器 串接工作时，在加速器之间输运和分析所需的粒子束.辅助系统，供电、控制、冷却等作用。2、加速器发展的历史中，有哪些具有划时代的发明？售：a. 1919年E.卢瑟福（E. Rutherford）用天然放射源实现了第一个人工核 反应；b. 1928年的静电加速器、1929年的回
2、族加速器、1932年的倍压加速器；c. 1940年美国科学家科斯特研制出世界上第一个电子感应加速器；d. 1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现 了自动稳相原理。12=cJ2o 4、1个电子被电压为ICT V的电场加速后，其质量为多少？速率为多大? 解：aE k -(777 - 77? 0 ) C * = e U得27.1x10叫卜疔得 v 2.82x108;?7/55、1个电子在匀强电场中经10伏的电压加速，用经典力学和相对论力学的方法分别计算电子的动量时相对误差为多少？（电子的静止质量为9. lxl0-31kg）解：相对 t&:Ek=104eVE0=O.51 M
3、eVE=(0.51+0.01)MeV E2=E02 +P2c2= 5.413xIO 23kg m/经典:E严pr =叫E上=5.396 xlO：5Ar 加 /sP P-0.8%第二章作业及答案1、阐述帶电粒子束的三个主要参数能散度，舟度，发射度物理意义,单位是什么?答：能散度：束流中带电粒子能量分散的程度；亮度：束流在空间的密度；发射度：束流中带电粒子在相空间分散的程度.2、哪些离子源可以产生多电荷态离子?其条件是什么？答：高频源、潘宁源和双等离子体源在约束时间长和电子密度高的情况下， 都能产生多电荷态离子，但由于工作气压较髙.很难得到高电荷态的离子。 产生条件是：约束时间长.电子密度高。哪些
4、离子源可以产生高电荷态离子?其产生机理是什么？答：ECR源、电子束离子源产生高电荷态离子，产生条件是：电离用的电子能 量要高，要求电子密度高和约朿时间长，工作气压要低。3、为使从炽热灯丝发射的电子（质量叭电量“初速为零）能沿入射方向通 过有匀强电场（场强为E）和匀强磁场（磁感强度为B）的方形区域，则电场 E方向应为？对电子的加速电压应为？XXXXK*XXXX跃XX.MEE鉴幼Fe氐巳VB V-3e U二壬川Vu二；蚁訝5 轲1協 細为册细経咚佇二PII吃3巾爲习从4. 如何对离子源进行分类?加速器中有哪几种常用的离子源?答:分类方法有，按照产生离子的不同方法分（电子碰撞电离、热表面电离、粒 子
5、朿表面轰击电离、场致发射电离）.按照所需离子束的基本特征分（离子种 类、电荷态、束流参数）.按照离子源结构中主要元件的特征分（阴极、约束 场、放电功率源、引出结构）。加速器中有常用的离子源：高频离子源、潘宁源（PIG）、双等源、电子回旋共振源、电子束离子源（EBIS）、负离子源、极化离子源.第三章作业及答案1、如何对高压加速器进行分类。答：高压型加速器分为高压倍加器和静电加速器两种。 高压倍加器：1串激倍压加速器2并激倍压加速器（高频高压加速器）3绝缘磁芯加速器4强脉冲加速器静电加速器：1单级加速器2串列加速器2、解释以下名词：电压降、纹波、临界气压现象.剥离器。电压降，高压发生器中倍压线路主
6、电容器通过负载放电而导致输出电压的下降。纹波：高压发生器中倍压线路主电容器通过负载放电后.实际输出电压围绕平均 输岀电压的波动。临界气压现象*对于正离子静电加速器.气压增大到一定值时会出现临界气压现 象。此时.在针尖对平板的电晕喷电系统中.间隙的火花放电击穿电压会突然下 降.变得与电晕放电的起始电压相等，因此击穿前不再岀现电晕放电。这使得利 用电晕放电实现喷电的输电系统无法工作。临界气压的大小与气体种类和喷电装 置电极的几何形状有关。剥离器*串列加速器中.将离子源所产生的（高电荷态）负离子中的电子剥离并 转变为正离子的装置。3、一台倍加器，给定级数为 N=5, Va=110kV, C=0. 0
7、2 nF, f=50Hz, I=2mAo 求 Vmax, AV, &V 和 6V/V 各为多大？解：J = 22； - 严 + 严 - N）半1 * 105 V6tC工些凹丄“卄4 fC它=二一洪 =&95*104VAV= 2N；-V=2.05*105 V=1.7%4、下图1中虚线框内是串列加速器的原理示意图，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（电势为專）。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，咸为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 出后进入一个与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强
8、磁场中.在磁场 中做半径为R的圆周运动.巳知碳离子的质量m=2.0X10-26kg,U=7.5X 105 V, B =0. 50T, n=2,基元电荷尸 1.6X10-19 C,求 R。CS 1解：由己知可达.加速管的前半部分实际上组成一个串列加速器。则带电粒子从串列加速器中获得能量为：E = （l+n）eU=（l+2） x 1,6xl019x7.5x 105=3.6xIO13 J.由E=0.5m可得带电粒子在c端的速度v=6x06m/s.根据=eRB 或巴=nevE 得 R=0.75m.nR第四章作业及答案1、从软m篇）=-叫2（1 _小和狀m詈）=-mnz 两个表达式出发推出帶电粒子在弯转
9、磁铁中的转换矩阵虬，M,. 解：见教材P179-180.不对版，注意代换!！把原微分方程化成（不考虑相对论）7ma)n = pl4- to2(l n)x = 0 和器 + a)2nz = 0 为于下图的方法，=3. 带电粒子在弯转磯鉄中的转换矩猝有关带电粒.子在弯转磁铁中的运动，曲面已经作了较详细的 分析并给出了带电粒子在具有磁场降落指載n的磁场中的轨道运 动方程*0（44 21a）去?+詈注=0（4*4.21b）方程式（4.4.10）的解可以表示成PP字一 kim 祸辺m s +咗玉coX S$DpppA、B思由初始条件所确定的能数.令在S = 0处 翔=”；代入上两氏，得jrjci）CO6
10、U9S+ 2仝血| 二勺S （4.4.22a）0J17 P（4,4.22b） 不堆看出，它fnm写叹如下的矩阵表达形或 1T9 4：）同理町得轴向即2方向的轨逍方程解的矩阵表达式I(4.4.23)V Rfl从以上幅式得弯转磁茨的转换矩阵为(4.4.24)AL-(4.4.25) (4426)老师在第2题直接引用了Mx和Mz转换矩阵，但S用了S代替.2、计算教材P188中421图a情况下（零梯度同步加速器）的横向运动的稳定条 件。解：见教材pl99-200.X为横向,Z为纵向KJ4.24劣梯度同步加速番示总图图4.24为零榔度同步加速器 的示意图.它的績场聚焦结构號元 是由具有边缘糜焦的弯转磁铁和
11、一 个直线节（自由空间）组成的因 此其一个周期的转换矩阵为M产 M 儿b.jtMrjtM.将A仃,AG,的矩阵表达式代入上两戌得 299 对零棒度加速器一0以及一/专，将它们代入上两式得wiu* = l-ytg）9mJ （! + 5-） 6 十-tfCM （4.4.70）由此得横向运动稳定性条件为|cosp（1-畧8） | vi皿严|-仏島 叫:叫IJ-待+9（4471）/M3、如果加速器二极铁的偏转半径为15m,电子能量为8Gev,计算电子的磁刚度(BP)以及二极磁铁的磁场强度B。 解：牛三L遁空亘.qeBcqeBcW:弋心p =.qeBcww如果能量的单位用MeV,则p = -,即B =
12、-.300qB300qp代入己知条件：电子的电荷数q=l电子能量W=8xlO3MeV, p = 15m得:B=1.78T.以及G = Bpa26.7(Tm)第五章作业及答案0、在电子回旗感应加速器中，(1) 设被加速的电子被“约束”在半径为r的圆周上运动，整个圆面区 域内的平均磁感应强度为B,求电子所在圆周上的感生电场场强的大小 与B的变化率满足什么关系。(2) 在(1)条件下，为了维持电子在恒定的轨道上加速，电子轨道处的 磁场应满足什么关系？解：用高二的知识其实就能解的。但是我要用高大上的积分形式！1因=9疣d心一等刁g = _盘嚳又 0 = nr2B nr2 dB _ _rdBdt _2d
13、?2先对=求时间的导数.得碑=鲁V7 ndvr dB乂 eE = m=eat 2 at对比两式得焉=扌氏即电子轨道处的磁感应强度为轨道内部平均磁感应强度的一半.1、一台能量为300Mev的电子感应型加速器，平衡轨道半径为1. 05m,求电子 每转一圈辐射损失的能量。解：由电动力学可推出，电子在单位时间内由于磁辐损失的能量为dW 1 e2a2 4 水一 6码,电c3 电子转一圈由于辐射损失的能量为AW = Tdt f又向 a=-D,/ = -,T = 0.匚 几 勺CD C上式可化为：AW = T = 2x6xl09 ()4=8.85x 1O8 ,dt匚勺人W(eV) = &85x2 空空T电子
14、的动凰为(5.1.10)(5.1.11)(5.1.12)(5.1.13)2irrf(5.LU)将己知条件代入=300MeV r$=1.05m上式可得：W=6827eV2、电子感应加速器磁场2:1条件的推导。解：教材 p214-215.-(2)中心磯通的磁悠强度和轨逍上的憊感强度两希必须満足2, L条件。证明如下I设在平衡轨道八上磁感强匪为P.由(4.2.6)式可得(/将上式对时间微分dpMd几di 1_er- dl 根据牛橄第二進律式中E.ja平衡轨道上的闽旋电场遥度. 从(5.1.4)式和(5.1.5)式可得到 净EV-鈴所以.平衡轨道上的涡施电场强度凡的表达式为式中旅是平衡轨道包FS面积内的中心磁遇如果用爲“)表乘 平衡轨道r包围面积内
