第五章-自动稳相原理.pptVIP

加速器原理The Principles of Accelerators;讲授内容;第五章：自动稳相原理;5.1、准共振加速器;2、自动稳相原理的提出;3、自动稳相式准共振加速器的共同特点;b、概念 1）同步粒子： 假设被加速的粒子能量及能量增长完全一致，每加速一 圈所有粒子的相移就完全一致，这样可以通过对加速电场 频率或磁场按一定规律调变，使之与这些特定的粒子保持 严格的同步。这样这些粒子的加速相位就可以始终落在同 一特定的相位上，使共振加速得以持续地进行。这些粒子 称为同步粒子。同步粒子的相位称为平衡相位（ ）。;b、概念 2）非同步粒子 事实上被加速粒子束团中粒子的能量并不完全一致，能量有 一定的展宽，或者起步时间不完全一致。同步粒子很少，大量存 在的是与同步粒子平衡相位 有偏差的非同步粒子。 自动稳相原理告诉我们，非同步粒子相位偏差只要不超出一定的范围，其 加速相位将围绕平衡相位 来回摆动，从而得以围绕同步粒子平均的得以加 速，最终达到与同步粒子相当的能量。称为准共振加速。 ;4、准共振加速条件;b、准共振加速条件 frf—高频加速电场的频率； Trf—高频加速电场的周期， k —配频系数（取整数，k一般取1）;c、圆形轨道准共振加速器的加速条件 1）周期、频率表达式 在用磁场控制粒子轨道为圆 形轨道的准共振加速器中，用与 磁场有关的关系式表示共振条件 更为方便： 由于： （每圈加速一次） 同步粒子圆周角频率： ;c、圆形轨道准共振加速器的加速条件 2）准共振加速条件 可见，随粒子能量 的不断增 长，必须相应的调配 、 或 中的一项或几项，使满足上述共振加 速条件，这样粒子才能持续获得速。 3）调变应满足的增值关系 对上两式求全微分可得调节规律应 满足的增值关系式：;1、经典回旋加速器 固定加速频率 ： 恒定磁场： 配频数不变： 回旋周期不变： 必然有：;2、等时性回旋加速器;3、稳相加速器（或调频同步加速器） 仅通过调节 来满足同步加速。 由： 让： 得： 即，当能量增长时，加速电场频率应相应下降。;5、同步加速器（调频、调磁） 让： 由： 得： 让加速电场频率和轨道磁场按照一定关系随粒子能量同时调变，以满足共振条件;5.3 自动稳相原理;1、非同步粒子的能量盈余与亏损 ; 设非同步粒子与同步粒子的总能量差为：  当 ，称为非同步粒子能量盈余； 当 ，称为非同步粒子能量亏损。 能量盈余和能量亏损造成非同步粒子的相位相对于同步 粒子的相位运动。;2、相运动过程分析;2、相运动过程分析; a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 设入射初始，非同步粒子与同步粒子能量相等，即 ，相位差异只是由粒子入射时刻的差异造成的，先讨论非同步粒子的相位 介于 和 之间的相移情况。 如图所示。 ;a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 ① 设在入射瞬间 由： 得： 相移速度： 相当于图上①点的状态 ;a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 ② 经过一次加速后，非同步粒子获得一份能量： 非同步粒子与同步粒子的能量差： （能量盈余） 由： 得： 促使相位向右移动。;a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 ②第3次加速、第4次加速…第n次加速时，只要 ，总出现能量盈余，总能量盈余越来越大，即： 相移速度也越来越大，相移继续向右移动。 相当于图中② 所示状态。;a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 ③ 当相移动到 时，虽然此次加速获得面多次能量盈余的总和仍存在，且能量盈余达到最大值。 相位继续向右移动。相当③点状态;a、相位处于 之间 的非同步粒子的相移特征 ④ 当相位移至超过 时：  以下每加速一圈，都会引起能量亏损，即： 但由于前面加速过程中已累积了较大的能量盈余，总能量仍处于盈余状态，即： ;a、相位处于 之间