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裴元吉 著

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• 高能物理
• 电磁场理论
• 微波技术
• 射频技术
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店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030369710

商品编码：1257239218

包装：平装

出版时间：2014-08-01

页数：308

字数：370000

正文语种：中文

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图书基本信息

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书名：电子直线加速器设计基础
ISBN：9787030369710
著者：裴元吉
出版社：科学出版社
POD版定价：138元
正文语言：中文
装帧：平装
开本：16
页数：308
字数：370000

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目录

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序言
前言
第1章 绪论
1.1 电子直线加速器的发展历史
1.2 电子直线加速器的应用
1.2.1 高能物理等基础研究
1.2.2 放射治疗、医疗设备杀菌等
1.2.3 工业领域的应用
1.2.4 食品辐照加工
1.2.5 其他应用
参考文献
第2章 电子直线加速器工作原理
2.1 何谓电子直线加速器
2.2 直线加速器工作原理
参考文献
第3章 微波技术基础
3.1 高频传输线的理论基础
3.1.1 传输线类型
3.1.2 电报方程
3.1.3 双线中波的传播
3.1.4 双线中波的反射
3.1.5 双线的输入阻抗
3.2 波导传输线基础理论
3.2.1 圆波导中的行波电磁场
3.2.2 方波导中的电磁场
3.2.3 波导中的临界波长
3.2.4 波导中的功率传输和功率损耗
参考文献
第4章 电子直线加速器中的电磁场
4.1 加速器中的行波电磁场
4.1.1 慢波加速结构——盘荷波导的提出
4.1.2 慢波加速结构——盘荷波导中的电磁场
4.2 驻波加速结构中的电磁场
4.2.1 谐振腔概念的提出
4.2.2 圆柱谐振腔的电磁场
4.2.3 圆柱谐振腔的谐振频率
4.2.4 驻波加速腔中电磁场的求解
4.2.5 驻波加速结构介绍
4.3 加速结构中的主要微波特性参数
参考文献
第5章 带电粒子在直线加速器中的运动
5.1 动力学运动方程
5.1.1 带电粒子运动的动力学微分方程
5.1.2 带电粒子运动轨道方程
5.2 电子在直线加速器中的纵向运动
5.2.1 聚束过程
5.2.2 纵向运动稳定性
5.3 电子在直线加速器中的横向运动
5.3.1 高能时带电粒子的横向运动
5.3.2 外加纵向聚焦磁场时带电粒子的横向运动
5.3.3 横向运动的束流包络线方程
第6章 电子枪
6.1 电子束的产生
6.1.1 热电子发射
6.1.2 场致发射
6.1.3 光致电子发射
6.1.4 二次电子发射
6.1.5 铁电体电子发射
6.2 电子束的引出和成形
6.3 典型电子枪介绍
参考文献
第7章 电子直线加速器物理设计
7.1 设计参数概述
7.2 加速结构中的场与微波功率的关系
7.2.1 行波直线加速器中微波功率流方程
7.2.2 行波直线加速器中的束流负载效应
7.2.3 驻波直线加速器中的束流负载效应
7.3 聚束段设计
7.3.1 组合型聚束器的加速器物理设计
7.3.2 分离型聚束器的加速器物理设计
7.4 加速段设计
7.5 聚焦系统设计
7.5.1 低能段聚焦系统设计
7.5.2 高能段聚焦系统设计
7.5.3 Hill方程的振幅-相位解的形式
7.5.4 聚焦元件的传输矩阵
7.5.5 聚焦系统设计实例
7.6 加速器各分系统设计要求
参考文献
第8章 电子直线加速器举例
8.1 200MeV电子直线加速器概述
8.2 200MeV电子直线加速器物理设计
8.2.1 聚束段设计
8.2.2 加速段设计
8.2.3 聚焦系统设计
8.3 加速器分系统设计
8.3.1 行波加速管
8.3.2 微波功率源系统
8.3.3 真空系统
8.3.4 准直系统
8.3.5 束流测量系统
8.3.6 控制系统
8.4 安装调试运行
参考文献
附录A LCLS布局及主要参数
附录B 矢量微分算符
附录C 贝塞尔函数
附录D 物理常数
附录E 部分材料的电导率
附录F 一些材料的介电常数和损失角
后记

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穿越电磁之墙：探索粒子加速的奥秘 在这本引人入胜的著作中，我们将一同踏上一场深入粒子加速领域的奇妙旅程。本书并非技术手册，也非学院派的枯燥理论堆砌，而是旨在以清晰易懂的语言，为读者揭示粒子加速器——这一现代科学研究和技术应用基石的背后逻辑与精妙设计。我们将从最基础的物理原理出发，逐步构建起对这些强大机器的深刻理解，让您不仅知其然，更知其所以然。 想象一下，我们生活在一个由基本粒子构成的宏观世界，但其背后却隐藏着一个更加微观、更加活跃的领域。电子直线加速器，正是我们窥探这个微观世界、操控基本粒子能量、探寻物质本质的利器。它如同一个精密的“粒子跑道”，让微小的电子在电磁场的驱动下，以惊人的速度奔跑、碰撞，从而产生我们前所未见的现象，揭示宇宙万物运行的深层规律。 第一站：电磁学的基石——粒子加速的驱动力 要理解粒子加速器，首先必须对电磁学有基础的认识。本书将带领您回顾那些塑造了我们现代科技的电场和磁场的基本概念。我们将探讨电荷的性质，理解为何电荷会产生电场，以及电场如何对带电粒子施加作用力，从而改变其运动状态。牛顿第二定律在这里将扮演关键角色，它解释了力与加速度之间的直接关系——正是强劲的电场，如同无形的手，推动着电子不断加速，直至接近光速。 当然，仅仅依靠电场不足以实现高效的加速。磁场在这里发挥着至关重要的作用。我们将深入解析磁场的产生，以及磁场如何与运动的电荷发生相互作用。在这里，我们引入“洛伦兹力”这一核心概念。它揭示了磁场如何“弯曲”电子的运动轨迹，使其在特定的空间内反复穿越，从而在每一次穿越中都获得能量的提升。这如同为电子设计了一条巧妙的“赛道”，引导它们在固定区域内不断获得动力，实现能量的指数级增长。 我们会用形象的比喻和直观的图示，解释静电场加速、射频加速等基本加速原理。您将理解，加速器并非简单地将粒子“推”出去，而是通过精妙设计的电场结构，将电能转化为粒子的动能，如同为粒子注入源源不断的能量。 第二站：聚焦与导航——控制粒子的精确轨迹 加速粒子只是第一步，更具挑战性的是如何精确地控制这些高速运动的粒子。想象一下，一群高速飞驰的子弹，如果缺乏精准的导引，它们将四散纷飞，无法形成有效的打击。同样，粒子加速器中的电子束也需要被“聚焦”和“导航”，以保证其能量、方向和分布的精确性。 本书将介绍磁透镜和电透镜在聚焦粒子束中的关键作用。这些由磁场或电场构成的“透镜”，能够像光学透镜处理光线一样，汇聚或分散电子束，使其保持细窄、集中的状态。我们将探讨不同类型的磁透镜，例如四极磁铁，以及它们如何通过产生梯度磁场来控制粒子束的横向运动，防止粒子束扩散。 同时，我们还将讨论如何利用磁场来“引导”粒子束，使其沿着预设的直线路径前进。这本书将详细阐述直线加速器的设计原理，解释为何它被称为“直线”加速器。我们将分析其基本结构，例如加速管的长度、加速腔的设计、以及如何通过周期性地施加电场脉冲来驱动粒子束。您将了解到，加速器内部的空间并非空无一物，而是充满了精心设计的电磁结构，每一个细节都旨在最大化加速效率，并保证粒子束的稳定运行。 第三站：能量的进阶——从基础到尖端 一旦掌握了基本的加速和聚焦原理，我们便可以开始探索更高级的概念。本书将介绍不同类型的直线加速器，以及它们在不同应用领域中所扮演的角色。我们将讨论，为何不同的应用需要不同能量和不同特性的粒子束。 例如，在科学研究领域，高能粒子加速器能够产生前所未有的能量，用于撞击物质，揭示原子核的结构、探索新的基本粒子，甚至模拟宇宙早期的高温高密状态。我们将以通俗易懂的方式，介绍这些研究的前沿进展，以及粒子加速器如何成为科学家们探索未知世界的强大工具。 同时，我们也关注粒子加速器在医学领域的广泛应用。您将了解到，直线加速器如何被用于癌症放射治疗，精确地将高能粒子束瞄准肿瘤，摧毁癌细胞，同时最大限度地减少对周围健康组织的损伤。本书将简要介绍放疗的基本原理，以及加速器在该技术中的核心地位。 此外，我们还将涉及直线加速器在工业领域的应用，例如材料改性、无损检测等。通过对这些不同应用的介绍，读者可以更直观地感受到粒子加速器技术的强大生命力和广泛潜力。 第四站：设计的智慧——理论与实践的融合 本书并非仅仅停留在原理的阐述，而是将理论与实践相结合，展现粒子加速器设计的智慧。我们将探讨，在实际建造过程中，工程师们面临的挑战以及他们是如何克服这些挑战的。 从真空系统的设计，到高频电力系统的供给，再到控制系统的精密调控，每一个环节都充满了科学与工程的结晶。您将了解到，为何加速器内部需要达到极高的真空度，以防止粒子与空气分子碰撞而损失能量。您也将了解到，如何通过高频谐振腔产生强大的电磁场，为粒子提供持续的加速动力。 本书还将触及一些关键的设计考虑因素，例如束流的稳定性和安全性。我们如何保证粒子束在漫长的加速过程中保持稳定，不发生衰减或偏离？我们又如何设计安全防护措施，以确保操作人员和周围环境免受高能粒子的影响？这些问题都将在本书中得到解答。 第五站：未来的展望——加速器技术的无限可能 粒子加速器技术并非一成不变，它仍在不断发展和演进。本书的最后一站，我们将一起展望粒子加速器技术的未来。 我们将探讨下一代加速器的发展方向，例如更高能量、更高亮度、更紧凑化、以及更经济化的设计。您将了解到，科学家们正在研究新型的加速技术，例如激光粒子加速，以及这些新技术可能带来的突破。 同时，我们也关注粒子加速器在交叉学科领域的应用前景，例如在天文学、环境保护、信息技术等方面的潜在价值。我们相信，随着科学技术的不断进步，粒子加速器将在未来扮演更加重要的角色，为人类社会的发展贡献更多力量。 结语 《电子直线加速器设计基础》这本书，旨在为您打开一扇通往粒子加速世界的大门。它将带您领略电磁学的魅力，感受工程设计的智慧，并激发您对科学探索的热情。我们希望，通过阅读本书，您能够深刻理解粒子加速器的基本原理、设计思路以及其在现代科技中的重要意义，从而对这个充满活力和潜力的领域产生浓厚的兴趣。这是一场关于能量、粒子和宇宙奥秘的探索之旅，愿您在这场旅程中收获知识，激发灵感。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于想要深入研究电子直线加速器设计的人来说，绝对是一部不可多得的宝典。我之前在网上搜集了许多零散的资料，但总是感觉不成体系，缺乏逻辑性。而这本书则将电子直线加速器设计中的各个关键模块，从前级的信号源产生，到后级的功率放大和传输，再到控制和监测系统，都进行了系统性的梳理和讲解。作者在对每一个模块进行讲解时，都会追溯其背后的物理原理，然后详细介绍实现这些功能的各种技术方案，并对不同方案的优缺点进行深入的对比分析。这让我能够根据具体的应用需求，做出更明智的设计选择。书中的一些关于阻抗匹配、驻波比控制、以及高压绝缘设计等方面的讨论，都非常到位，并且提供了实用的计算公式和设计思路。我特别欣赏作者在提到一些前沿技术时，也能将其与基础原理相结合，让读者既能了解最新的发展趋势，又不失对根本的理解。这本书的厚度就足以说明其内容的丰富性和深度，但幸运的是，作者的写作功底非常扎实，使得阅读过程并不显得枯燥，反而充满了探索的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书不仅仅是一本关于电子直线加速器设计的教材，更是一本关于工程思维和创新方法的启迪之作。作者在讲解复杂的设计问题时，总是能够站在读者的角度，用最易于理解的方式进行阐释。我尤其对书中关于系统优化和故障排除的部分印象深刻。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是结合了大量的实际案例，详细分析了在设计和调试过程中可能出现的各种问题，并提供了行之有效的解决方案。例如，在讲解射频源稳定性控制时，作者详细阐述了噪声抑制和反馈回路设计的重要性，并给出了一些具体的电路图和参数建议。这本书的内容涵盖了从基础概念到高级应用的全过程，对于想要在电子直线加速器领域有所建树的工程师和研究人员来说，无疑是一本极具价值的参考书。它不仅教会了我如何去设计，更教会了我如何去思考，如何去解决那些看似棘手的问题。阅读这本书的过程，本身就是一种学习和提升。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在翻开这本书之前，我以为直线加速器的电子设计会是一片枯燥乏味的数学公式和电路图的海洋。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。作者的叙述风格非常独特，他能够将那些高深的理论知识，用一种非常生动有趣的方式呈现出来。比如，在讲解射频功率传输时，他会用非常形象的比喻来解释波导的原理，让人一下子就能领会其中的精髓。而且，这本书不仅仅是理论的堆砌，更包含了大量的工程实践经验。书中有许多关于元器件的选型、布局、以及如何应对实际工程中可能遇到的各种问题，比如热管理、电磁干扰等，都给出了非常实用的建议。我尤其喜欢书中的一些“陷阱”提示，作者会提前指出一些新手容易犯的错误，并给出规避的方法，这真的是非常贴心。虽然我的专业背景并不是电子工程，但通过阅读这本书，我感觉自己对电子直线加速器的设计有了一个全新的、更深刻的理解。这本书的价值不仅仅在于它所教授的技术知识，更在于它所传递的解决问题的方法论。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是我多年的寻觅！我一直在找一本能够真正深入浅出讲解直线加速器设计的书籍，尤其是对于需要按需印刷的电子版，之前接触到的资料要么过于理论化，要么就是太偏重实际操作但缺乏理论深度。这本书的出现，恰好弥补了这一空白。我特别欣赏它在讲解过程中，对于每一个设计参数的选择和考量都给出了充分的理由。它没有回避那些复杂的物理原理，比如电磁场分布、粒子束动力学，而是用非常清晰的图示和类比，把这些抽象的概念变得触手可及。更重要的是，它还结合了现代电子设计工具的使用，让读者能够更直观地理解如何将理论转化为实际的电路和系统。书中的一些案例分析，更是让我看到了实际应用中的挑战和解决方案，这对于我这种希望将所学知识应用到实际研发中的读者来说，简直是如获至宝。从新手入门到进阶学习，这本书的层次设计非常合理，每个章节都像是在为读者搭建更坚实的知识楼阁。我强烈推荐给所有对直线加速器设计感兴趣，尤其是希望深入理解其电子系统设计的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

这本关于电子直线加速器设计的书籍，给我的感觉就像是进入了一个精心构建的知识迷宫，而作者则是那个能够引导你安全走出迷宫的向导。我之前对直线加速器了解不多，只知道它大概的功能，但对其背后的电子设计原理一窍不通。这本书从最基础的粒子加速原理讲起，一步步深入到电子器件的选择、电路的设计、电源系统的搭建，以及整个系统的优化和调试。最让我惊喜的是，书中对不同类型电子元件在加速器设计中的作用和选型原则进行了非常细致的阐述，比如高频功率放大器的类型选择，控制信号的生成与传输，以及如何保证整个系统的稳定性和可靠性。书中的很多图表都绘制得非常精细，甚至包含了PCB布局的建议，这对于实际操作来说是极为宝贵的。虽然我还没有机会亲手设计一个直线加速器，但通过阅读这本书，我仿佛已经经历了一个完整的设计过程，对其中的每一个环节都有了清晰的认识。它不是一本让你看了之后就能立即上手做项目的“速成手册”，而是一本能够让你真正理解“为什么”和“怎么做”的“思想教科书”。