新物理的探索——非加速器粒子物理实验的进展

 近十年来,非加速器粒子物理实验的进展引人注目.实验设备规模宏大,建造费用猛增,实验运行周期变长.去年八月二日至八日在新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议上,非加速器粒子物理实验及其有关理论的报告占相当大的比重,引起与会者的广泛兴趣.加速器产生的粒子束能量与亮度是可控的,粒子束种类、飞行方向和到达时间可由实验人员调节与控制.几十年来,这种粒子源实验手段在高能物理的飞速发展中起了巨大作用.但是,无论是粒子的能量还是粒子的种类,自然界存在的粒子源远比人工粒子源丰富多样.人们往往是在自然界找到了新粒子源,然后在加速器中产生它,并进行精密的测量.这样的例子是层出不穷的.例如,α、β与γ射线就是在天然放射源中找到的.正电子、μ介子和奇异粒子也是在宇宙线中首次发现的.     

国际粒子加速器的前沿

人类对于微观世界的探索是粒子加速器发展的驱动力.粒子加速器从20世纪30年代问世以来,不断向更高能量和更好性能挺进.随着研究的深入,粒子加速器一步步从低能发展到高能,从弱聚焦发展到强聚焦,从打静止靶发展到粒子束对撞.更高的能量和更高的亮度是用于高能物理研究的加速器发展的两大前沿.作为多学科研究的平台,同步辐射光源、自由电子激光和散裂中子源等基于加速器的大科学装置也在蓬勃发展.各种低能加速器广泛地应用于国民经济的各个领域.新方法、新技术、新原理层出不穷.文章将讨论国际粒子加速器的前沿.     

带电粒子束传输中横向发散的类ABCD定律

 傍轴近似下带电粒子束传输可完全类比于近轴光线椭圆高斯光束的传输。基于这种类比，建立了带电粒子束传输中横向发散的复曲率半径的类ABCD定律，引入了带电粒子在横向的复曲率半径的概念，并以复曲率半径的实部表征带电粒子束的敛散特性，虚部表征带电粒子束的束斑大小。由此提出：带电粒子束整体可被看作类椭圆高斯光束，其发射度与光束波长的作用相同。通过这种类比可知，在适宜的加速器环境下，理论上可能产生相干带电粒子束。     

带电粒子束在靶等离子体中能量沉积模拟计算

一、引言 利用轻离子束为驱动源的惯性聚变,已成为很有前途的一个研究方向。美国Sandia研究所最近建成PBFA-Ⅱ装置,它给出离子束能量为2MJ,功率为10~(14)W,能量转换效率可达到20％。用这台设备,可以做聚变点火研究和能量得失相当实验。 我们应用Bethe-Bloch理论和LSS理论,计算带电粒子束与原子相互作用;应用库仑连续慢化理论,计算带电粒子束与等离子体相互作用.将能量沉积理论与一维辐射流体力学程序耦合起来,得到能量沉积随物质状态变化关系.在计算中应用了真实气体状态方程参数.     

粒子探针简介

粒子探针,国外文章中称为NucIearmicroprebe,我们这样称呼它,是为了对称于电子探针(electron microprobe),区别于离子探针(Ion microprobe)。它是将加速器提供的兆电子伏数量级的粒子束(质子、α粒子或者其它重离子)进一步准直和聚焦到微米数量级。当前世界上聚焦最好的可使束斑达0.5微米,下一步的目标是0.1微米。     

相对论性带电粒子束在轴对称电场和磁场中的温度和能量展宽

从单粒子的相对论性运动方程出发,首先解出运动常数,然后用这些运动常数构成符合Vlasov方程的束粒子分布函数,再由该分布函数算出轴对称电场和磁场中相对论性带电粒子束的束温度和能量展宽,并且对弱相对论性情况和强相对论性情况作了讨论。 关键词：     

加速器里出来的“炮弹”

<正>这个标题肯定会令物理学家惊愕。用于科学研究的加速器怎么会制造出了"炮弹"?这里绝没有危言耸听,正是加速器里出来的粒子成为了新概念武器——粒子束武器的"炮弹"。粒子束武器是与激光武器同属定向能武器系列,它是利用具有高能量的定向能束去摧毁目标或使之失效。不过与激光武器不同,高能射束的载体是电子、质子或中子等微观粒子。要想让这些小粒子变     

射频超导技术与ERL技术新进展

射频超导谐振腔可以工作在连续波或长宏脉冲模式.射频超导技术已发展为加速各种带电粒子束的重要手段.射频超导技术发展的前期受材料性能、腔的处理以及加工安装水平等的限制.经过几十年的不断改进,射频超导技术获得了重大突破.射频超导腔应用到超导加速器上并成功运行,积累了腔的质量控制工艺和工业化制备的大量经验.近期国际上面对未来大科学装置项目,在射频超导技术方面进行了大量的研发工作,主要包括提高超导腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒铌材)超导腔的研究.能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技术.ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势,被越来越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中.     

氢气放电中的异常粒子

在氢气放电中存在着一种分别带动能和热能的未知粒子。其中，带热能的未知粒子如气体分子具有漂移特性，在获得能量后就成为具有动能的未知粒子，与材料作用可以转换出以1．72keV能量为特征的X射线。这种未知粒子有电中性的和带电的两种，它的穿透能力并不强，30μm铜箔基本可以吸收掉它。为此，做了未知粒子的穿透和漂移实验。     

射频超导技术与ERL技术新进展

射频超导谐振腔可以工作在连续波或长宏脉冲模式. 射频超导技术已发展为加速各种带电粒子束的重要手段. 射频超导技术发展的前期受材料性能、腔的处理以及加工安装水平等的限制. 经过几十年的不断改进, 射频超导技术获得了重大突破. 射频超导腔应用到超导加速器上并成功运行, 积累了腔的质量控制工艺和工业化制备的大量经验. 近期国际上面对未来大科学装置项目, 在射频超导技术方面进行了大量的研发工作, 主要包括提高超导腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒铌材)超导腔的研究. 能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技术. ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势, 被越来越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中.     

多目标粒子群优化算法在交变相位聚焦直线加速器优化设计中的应用

现代智能优化算法粒子群算法(Particle Swarm Optimization)在加速器设计优化上的应用逐渐增多。交变相位聚焦直线加速器(Alternative Phase Focused Drift Tube Linac)具有节省空间和造价的优点。将交变相位聚焦直线加速器的初步设计方案作为种子,植入粒子群算法中;以加速器的加速效率和束流能量作为目标,得到该方案的Pareto最优解集;在粒子进化过程中,以Pareto最优解集作为粒子的运动方向,以随机选取的Pareto最优解的运行结果作为粒子的输入参数来源,最终得到了输出能量为5.35 MeV/u、加速效率大于83%的APF优化方案。     

带电粒子束的等时周期场聚焦

在质子直线加速器中经常利用等时周期场对粒子束进行聚焦. 这种周期场的特点是周期长度不等而粒子经过每一周期的时间为常数,本文讨论等时周期场聚焦的基本理论,并将它推广到周期长度缓慢变化的周期场.     

前言

<正>中国科学院近代物理研究所受中国电工技术学会电子束离子束专业委员会、中国机械工程学会焊接分会高能束焊接专业组、中国粒子加速器学会离子源专业组、北京电机工程学会加速器专业委员会的委托,于2014年9月14日至17日在兰州举办了"2014全国荷电粒子源、粒子束学术会议"。该学术会议每两年举办一次,旨在交流我国荷电粒子     

高功率粒子束及其应用

本文评价了高功率粒子束的工作原理及其应用:文中以闪光-Ⅰ强流脉冲电子束加速器为例,论述了机器的基本技术和它的工作特性 高功率粒子束目前已经应用到许多重要研究领域。包括:核辐射效应模拟源、闪光X射线照相、高功率激光器研究、惯性约束聚变、高功率微波的产生、离子集体加速等方面。 报告中简述了我国在高功率粒子束加速器建造和开拓应用方面取得的进展。 最后,也指出了高功率粒子束技术今后发展有关的研究课题。     

梯形双梁结构超导偏转腔的优化设计北大核心CSCD

双梁结构超导偏转腔可对带电粒子束进行快速的偏转或旋转,具有紧凑、高效的特性,在超导自由电子激光、高能粒子对撞机等加速器装置中具有广泛的应用前景。该类型超导腔设计研究的一个重点是双梁形状的选择和尺寸的优化。针对中国科学院高能物理研究所提议建设的、基于超导直线加速器的X射线自由电子激光装置,采用CST MWS,CST PS,COMSOL,ANSYS等软件仿真手段,结合理论分析,完成了一款双梁形状为梯形的超导偏转腔的优化设计。该梯形双梁结构偏转腔具有良好的电磁和机械性能,同时,腔的尺寸更加紧凑,加工难度也有所降低。     

等离子体型的粒子加速器

 以接近光速飞行的带电粒子群以及高能加速器,使我们对物质的结构、自然界基本力的作用、宇宙起源的认识,都有了长足的进步.在本世纪30年代,能产生百万电子伏特(MeV)能量的迴旋加速器,模拟了巨星核心的条件,提供了研究原子核反应的实验环境.后来出现的可产生十亿电子伏特(Gev)能量的同步加速器和直线加速器,揭示了中子量内部的环境,并证实了反物质的存在.今天,质子同步加速器的能量达万亿电子伏特(TeV),用于探测宇宙诞生时的十亿分之一秒内的环境.建造世界上最大的加速器--超导超级对撞机(SSC)的计划已经拟定.这个对撞机所使用的技术,在实际上已趋于它的极限.幸运的是,一种新的加速器技术--等离子体型的粒子加速器技术已经问世,它为达到更高能量开辟了一条充满希望的道路.     

一种用于C-ADS低能束流传输线束流强度控制的新型可调限束光阑

为了实现超导直线加速器束流强度的连续可调,并满足加速器在线稳定可靠运行,针对我国加速器驱动次临界系统(C-ADS)低能束流传输线(LEBT)的束流强度调控,提出了一种新型的可调限束光阑。可调限束光阑采用两个相对旋转的镜像对称转芯,转芯的孔径在某一范围内可以实现连续变化,以刮除不需要的外部粒子,提高束流品质,降低束损,最重要的是可实现束流强度的在线连续可调,并满足圆形束的要求。仿真和试验结果表明,在0~10 mA范围内,可以有效地卡掉不需要的外部粒子束流,并实现束流强度的在线连续调节。该装置为质子直线加速器提供了一种方便的束流调试方法,能够满足ADS直线加速器稳定可靠的在线运行。     

高温等离子凝聚体存在的新原理

本文详细地考虑了影响带单一符号电荷的粒子束以下四个因素:平行于粒子束轴的外磁场;粒子束在某种意义下的旋转;由于体电荷引起的粒子间相互排斥力以及速度的温度分布,因而得到束中粒子的某种稳定运动状态的结论。这种稳定状态的特征是粒子束有非常清晰的圆柱形边界,其半径看来不是任意的,而由上列各因素所决定。也就是说,粒子束有一个有效半径,温度和磁之间存在着一定的关系式,取适当的磁场和粒子束大小的数值,可以期望温度达到10¹⁰—10¹²°K的数量级。粒子束并不以回旋加速器频率旋     

《强激光与粒子束》(中文核心期刊,EI收录)刊物简介

<正>《强激光与粒子束》(High Power Laser and Particle Beams)是由中国工程物理研究院和四川核学会1989年2月创办的国内外公开出版的科技期刊,2003年改为月刊,2008年增加了中国核学会为主办单位。主要报道我国高能激光与粒子束技术领域的基础理论、实验与应用研究的成果和最新进展。内容涉及高功率激光、高功率微波与粒子束的产生、传输及其与物质的相互作用,加速器及高功率脉冲功率技术。主要学科包括;强激光光学,激光器与加速器,高功率微波,脉冲功率,等离子体物理,惯性约束聚变,粒子物理,纳米技     

近代物理讲座 第六讲 加速器(Ⅰ)

一、序 言 在近代物理学的发展过程中,加速器起了很重要的作用.随着加速器中粒子能量从105eV增加到1011eV,利用它进行研究的领域从核反应扩展到基本粒子反应.至今已发现的各种基本粒子有300多种,其中大部分是靠加速器发现的.图1表示基本粒子被发现的历史和加速器建成的年代对照.图中方框中是粒子名称,上方的英文字母是各个加速器的简称. 加速器在工农业生产、医疗卫生及国防等各方面的应用也越来越广泛.此外,联系着带电粒子的加速问题而发展起来的新思想和新技术,对于其他领域也有很大影响.目前,广泛应用的加速器约有二十来种.下面介绍主要…