電子感應加速器振盪

電子感應加速器振盪

電子感應加速器振盪,又稱自由振盪,是指沒有外力作用,僅由於初始偏離封閉軌道而引起的橫向振盪。

研究進程

早在30 年代就開始用磁感應電場加速電子的初步探討和實驗。

到1940 年克斯特(D.W.Kerst)建成了第一台電子感應加速器,把電子加速到2.3 MeV。

1945 年在這種加速器上已能得到能量為100MeV 的電子。在電子感應加速器的研製過程中提出了電子的振盪理論,並解決了帶電粒子在加速過程中的穩定性問題。這個理論適用於各種類型常梯度磁場聚焦的加速器。

因此在加速器的發展史上,電子感應加速器起了重要的作用。

從60 年代發展起來的直線感應加速器,這類加速器不但能加速電子,還能加速離子,近20 年來發展很快,目前,己能提供能量為幾十MeV、脈衝電流為數kA 的電子束流,在很多新的科研領域中得到了套用。

原理

把帶電粒子送入軌道的過程稱為注入過程。粒子源每秒鐘要將大量粒子注入到加速器中,其中絕大多數粒子不能注入到封閉軌道上,它們的運動方向也並不沿著“封閉軌道”的切線方向。這些粒子注入後,在0<n<1 的常梯度磁場中受軸向和徑向聚焦力的作用而圍繞封閉軌道振盪.

這種沒有外力作用,僅由於初始偏離封閉軌道而引起的橫向振盪稱為自由振盪.又因自由振盪最早是在電子感應加速器上研究的,所以又稱為電子感應加速器振盪。

電子感應加速器振盪方程

粒子在常梯度磁場中的徑向和軸向自由振盪方程是:

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

式中

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——振盪振幅;

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——振盪角頻率;

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——是初始相角。

電子感應加速器振盪頻率

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

在常梯度磁場中,因為0<n<1,所以粒子沿‘封閉軌道”轉一圈,自由振盪還不到一次.右圖是粒子圍繞封閉軌道徑向自由振盪的示意圖。圖中Ax 表示徑向振盪的振幅。

由振盪方程得出:

(1)軸向自由振盪頻率

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

(2)徑向自由振盪頻率

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

式中

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——粒子迴旋的角頻率;

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——粒子沿封閉軌道的迴旋頻率。

電子感應加速器振盪振幅

1、電子感應加速器振盪的振幅由初始條件決定。初始條件有二:

(1)注入粒子的位置偏離“封閉軌道”,即當t=0 時:

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪
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電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪
電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪
電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

討論徑向運動時 , 為初始時徑向偏離值;對於軸向運動 , 為初始時軸向偏離值。

(2)注入時離子的運動方向偏離封閉軌道的切線方向,即t=0 時,

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

式中

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——初始時粒子運動方向對封閉軌道切線的偏角;

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

——粒子沿封閉軌道運動的初始速度。

2、再根據振盪方程可以得出

(1)初始時徑向電子感應加速器振盪振幅為:

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪
電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

式中 為初始時粒子的徑向偏角。

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

(2)初始時軸向電子感應加速器振盪振幅為:

電子感應加速器振盪 電子感應加速器振盪

式中 為初始時粒子的軸向偏角。

電子感應加速器振盪振幅的衰減

前面在求解自由振盪方程時,曾假設m、K、ω 都是常數。但實際上,在加速過程中帶電粒子的質量是隨時間緩慢變化的.在環型軌道的加速器中,為了保持軌道半徑不變,磁場也是隨時間而變化的,也就是說粒子的質量m、角頻率ω、以及磁場B 和磁場梯度n 都隨時間而變化,即m(t)、ω(t)、B(t)、K(t)。變化的結果將引起自由振盪振幅的衰減。

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