加速器物理课件直线加速器.ppt

* 79 * 四分之一波长腔 QWR Quarter wave Resonator 一种离子直线加速腔。它的剖视结构见图所示。从图看出它几乎与平面螺线腔工作原理相同，只是把卷曲的螺线“拉直”了（见“平面螺线腔”条），四分之一波长腔的名称也由此而得。其实平面螺线就是电容加载的四分之一波长谐振线，但螺线拉直后直杆易于做得很粗，因而制造既方便，机械强度又大大提高。而且直杆变粗后，杆内还易于做成空的，便利了液氦的使用，使它更方便地做成超导腔。但由于直杆方向上的长度较长，因此园柱腔改成沿长杆方向了，而漂移管则都安装在靠近园柱腔一端的位置上。四分之一波长腔出现在稍晚于平面螺线腔的八十年代初期，可看成是一种改进。有关特性可参见“平面螺线腔”条，它现在是常用的超导加速腔之一。 * 79 * QWR * 79 * L0 ? DTL的L C0 ? DTL之间的C L1 ? 支撑杆的L C1 ? DTL对地C C2 ? TDTL为耦合杆的C L2 ? 耦合杆的L 靠偏心片的转动调整场的分布5% * 79 * 电磁场对粒子的作用 在 DTL 加速间隙内的场是 TM010 通过 Fourier 积分的反变化 * 79 * 为了确定常数 Ak, 设漂移管半径为 a, 间隙内场Ez为常数值,漂移管内场Ez为零: * 79 * * 79 * * 79 * 一个荷电为 q的粒子通过DTL的i-th 个间隙的能量增益 Li 单元长度 j RF相位 z = upt , up 粒子的速度, （这里认为是常数）. 积分里带入 t = z/ up * 79 * 表示由于粒子穿过加速间隙将需要一个有限的时间而能量增益的减弱 * 79 * T(k,r) 是偏轴粒子的TTF (在轴上是 T(k)). 度越时间因子T * 79 * 纵向运动 * 79 * 同步粒子的能量增长率 任意粒子的能量增长率 小变数的一级近似 * 79 * sin fs 必须是负值. * 79 * 横向运动 从飘移管之间的电场图， 有一个经向分量，它使得粒子在间隙的入口处为聚焦，出口处为散焦。 在静电情况下，场是常数。由于粒子的能量是增加的所以总的间隙给出了一个聚焦作用。 在 RF accelerator 情况则不同。. 根据相位稳定的要求 同步相位fs 0。 显然，在粒子通过间隙的时间内场是随时间增加的。所以，散焦力将大于聚焦力，这个横向运动的不稳定性将可能引起粒子打到漂移管上。 * 79 * * 79 * * 79 * Transverse motion: defocusing Looking at the electric field pattern in the gap between two drift tubes， there are radial components, which are focusing at the gap entrance and defocusing at the end. In an electrostatic accelerator where the field is constant this gives a focusing effect since the particle having more energy at the end of the gap makes the defocusing effect smaller. In an RF accelerator the behaviour is different. From the phase stability requirement (fs 0) it appears that the field increases with time during the passage of the particle. Hence the defocusing force becomes larger than the focusing one resulting in a transverse instability as the particle may strike the drift tubes. * 79 * 横向运动方程 * 79 * 当q等于半整数或者整数时，将发生横向运动和纵向运动的耦合共振，导致横向或纵向的振幅的迅速增长， 粒子损失。 * 79 * In the case of relativistic particles: Then it happens that the previous