质子加速器基础

课程编码：082700M02013H 英文名称：Foundation of Proton Accelerators 课时：42 学分：2.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：唐靖宇等

本课程为粒子物理与核物理专业加速器物理方向和核技术应用加速器技术方向的硕士研究生和硕博连读研究生开设的学位课程，也作为其他专业的普及课程。本课程主要是考虑到加速器方向的其它相关专业核心课程是以介绍电子加速器为主、缺少对质子/强子加速器相关理论和技术的介绍，因而研究生的知识结构有一定的缺陷。随着国内多个大型质子/重离子加速器装置的建造和设计，如中国散裂中子源、加速器驱动核能系统（ADS）、超级质子对撞机、兰州重离子加速器（回旋加速器和冷却储存环）等，以及中小型质子加速器装置如强流质子回旋加速器CYCIAE-100、质子治疗同步加速器和小型中子源等，我们对研究生的培养很有必要加强质子/重离子加速器相关理论和技术的课程教育。另外，本课程也非常注重对质子粒子加速器理论和技术的国际发展动向和重大应用方向的介绍。
通过本课程的学习，要求学生了解质子/重离子加速器与电子加速器的共同点和主要不同点，了解多种不同类型的质子加速器基础知识，重点学习质子加速器特别是直线加速器、同步加速器、质子对撞机和具有特殊束流操作的束流输运相关的加速器物理基础和主要加速器技术，特别是强流质子加速器的物理和相关技术，了解质子加速器特别是强流质子加速器的主要发展方向和应用前景。
通过本课程的学习，要求学生了解质子/重离子加速器与电子加速器的共同点和主要不同点，了解多种不同类型的质子加速器基础知识，重点学习质子加速器特别是直线加速器、同步加速器和束流传输相关的加速器物理基础和主要加速器技术，特别是强流质子加速器的物理和相关技术，了解质子加速器特别是强流质子加速器的主要发展方向和应用前景。

直线加速器物理、储存环加速器物理、加速器技术（I，II）

第一章 质子加速器的特点 3学时 唐靖宇
第1节 课程特点及教学方法介绍
第2节 粒子加速器的发展简史及应用
第3节 质子加速器的特点及发展趋势
第二章 质子直线加速器基础知识 6学时 唐靖宇
第1节 质子直线加速器物理基础
第2节 常见的质子直线加速器结构
第3节 超导加速结构
第4节 现代质子直线加速器的结构
第5节 质子直线加速器的束流动力学
第6节 质子直线加速器的主要技术问题
第三章 高功率质子直线加速器 3学时 唐靖宇
第1节 高功率质子直线加速器的物理问题
第2节 高功率质子直线加速器的技术问题
第3节 高功率质子直线加速器的发展趋势
第四章 质子同步加速器基础知识 6学时 唐靖宇
第1节 同步加速器中的横向运动
第2节 质子同步加速器中的纵向运动
第3节 同步加速器的注入和引出
第4节 束流冷却与储存环
第5节 质子同步加速器的主要技术问题
第五章 高功率质子同步加速器和累积环 6学时 唐靖宇
第1节 高功率质子同步加速器中的物理问题
第2节 注入和引出
第3节 快加速和束团纵向操作
第4节 束流损失和准直
第5节 高功率同步加速器Lattice设计特点和升级方法
第6节 高功率质子加速器中的主要技术问题
第7节 高功率质子同步加速器的发展趋势
第六章 束流输运和束流操纵 6学时 唐靖宇
第1节 输运线线性光学设计的一般方法
第2节 横向相空间的匹配
第3节 纵向相空间的匹配
第4节 束流的多路分束
第5节 束晕刮除或动量分析
第6节 打靶束斑均匀化
第7节 横向发射度的均衡方法
第8节 大发射度和大动量分散束流的传输
第七章 质子加速器重要应用实例 9学时 唐靖宇
第1节 散裂中子源
第2节 ADS驱动加速器
第3节 中微子束和缪束的质子驱动器
第4节 慢引出质子束应用
第5节 质子对撞机
第八章 考试 3学时 唐靖宇
第1节 课堂开卷考试

首席教授（主讲人）：唐靖宇，物理学博士，高能所研究员；专业方向：粒子加速器物理和技术，束流应用。曾参加国内外多个大型加速器的设计、建造或运行，在加速器理论和设计方面有丰富的经验，除了在传统的粒子物理与核物理领域外，他也在推动加速器束流的更广泛应用方面，并推动参与国际性大型加速器项目的合作和开展我国未来的大型加速器项目的前期研究。
作为中国科大的兼职教授，最初曾在2007年在科大国家同步辐射实验室给研究生开设了“质子加速器专题”，约15个学时，并准备了正式的教学讲义，约90页。此后从2008年起，曾多次在中科院高能物理研究所给粒子加速器研究方向（加速器物理、加速器技术）的博士研究生开设了自学加辅导课程“质子加速器基础”；并在2010年在中科院研究生院开设了夏季小学期课题；从2012-13学年开始，本课程成为国科大春季学期的专业课程。在这期间，主讲人也在2007年讲义的基础上进行了多次修改和扩充，逐渐形成了国科大正式学位课程的讲义。