Лоусон Л. "Физика пучков заряженных частиц"

Перевод с ангийского канд.физ.-мат. наук А.В.Агафонова "МИР" МОСКВА 1980

Предисловие редактора перевода
Предисловие к русскому изданию
Предисловие
Список обозначений
ГЛАВА 1.ВВЕДЕНИЕ
§ 1. Вводные замечания
§ 2. Понятие пучка
§3. Некоторые применения пучков заряженных частиц
§ 4. Обозначения и способ изложения
§ 5. Замечания по использованию основных физических теорий
ГЛАВА 2. ОПТИКА ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ
§ 1. Введение
§2. Аксиально-симметричные системы
§ 3. Двумерные системы
§ 4. Системы с двумя плоскостями симметрии
§ 5. Криволинейные системы с одной плоскостью симметрии
§6. Криволинейные ленточные пучки
§ 7. Теория орбит в ускорителях
§ 8. Фокусировка в полях, изменяющихся во времени
ГЛАВА 3. ЛАМИНАРНЫЕ ПУЧКИ С СОБСТВЕННЫМИ ПОЛЯМИ
§ 1. Введение
§2. Свойства различных типов потока
§3. Параксиальное уравнение для пучков с пространственным зарядом, распространяющихся в аксиальных магнитных полях
§ 4. Некоторые другие типы потоков пространственного заряда
§5. Пространственный заряд в периодических структурах
§6. Гидродинамическое описание потоков пространственного заряда
ГЛАВА 4. НЕЛАМИНАРНЫЕ ПУЧКИ В ОТСУТСТВИЕ СТОЛКНОВЕНИЙ
§ 1. Введение
§ 2. Гамильтонов формализм и теорема Лиувиппя
§ 3. Эмиттанс
§ 4. Тепловые распределения
§ 5. Кольцевые пучки и цилиндрические токовые спои
§ 6. Более общкй подход; уравнение Власова
ГЛАВА 5. ПУЧКИ С РАССЕЯНИЕМ И ДИССИПАЦИЕЙ
§ 1. Введение
§ 2. Многократное рассеяние пучка в остаточном газе или плазме
§3. Многократное рассеяние при наличии фокусировки
§ 4. Взаимное рассеяние частиц пучка в накопительных кольцах
§ 5. Некоторые свойства пучков, обладающих конечной температурой
§ 6. Эффект Бурша
§ 7. Электронное охлаждение
§ 8. Формирование пучков убегающих электронов
§ 9. Релятивистский стабилизированный пучок Будкера
§10. Радиационные эффекты в электронных синхротронах и накопительных кольцах
§ 11. Заключительные замечания
ГЛАВА 6. ВОЛНЫ И НЕУСТОЙЧИВОСТИ В ПУЧКАХ
§1. Введение
§2. Волны в неограниченной плазме
§3- Продольные волны в пучках с конечным поперечным сечением
§ 4. Поперечные волны
§ 5. Динамические явления в сгруппированных пучках
§6. Заключительные замечания
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПОЛЯ. ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЧАСТИЦУ В СИСТЕМЕ КООР¬ДИНАТ, ВРАЩАЮЩЕЙСЯ В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ПАРАКСИАЛЬНОГО ЛУЧА ИЗ ПРИН¬ЦИПА НАИМЕНЬШЕГО ДЕЙСТВИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПАРАКСИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ ДЛЯ КРИВОЛИНЕЙНОГО ЛЕНТОЧНОГО ПУЧКА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ НА ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ ГАРМОНИЧЕСКОГО ОСЦИЛЛЯТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ТЕОРИЯ СВЯЗАННЫХ МОД
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ЭНЕРГИЯ, СВЯЗАННАЯ С ПОПЕРЕЧНЫМИ ВОЛНАМИ В НИТЕВИДНОМ ПУЧКЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Цепь этой книги дать общий конспективный обзор большого разнообразия пучков заряженных частиц, которые исследовались в связи с их широким применением в различных практических ус-тройствах. Классификация пучков проводится не по их приложениям, а по существенным физическим свойствам и связана с лежащими в их основе принципами оптики, классической и статистической механики, а также физики плазмы. Таким образом удается свести воедино различные точки зрения и сравнить понятия, которые воэ- никают в связи с различными приложениями.

В книге нет формул и зависимостей, предназначенных для непосредственного использования разработчиками аппаратуры, и не обсуждаются численные методы. Ее назначение состоит скорее в том, чтобы дать формулировку основных идей и показать, как задачи, относящиеся к конкретной области их приложения, связа¬ны с задачами в других областях. Информацию о более подробном изложении вопросов и практических приложениях можно найти в литературе, на которую даны ссылки и которая обсуждается в специальных разделах книги. Эти разделы обозначены буквой Л. Например, Л. 1 - 3 обозначает раздел, в котором обсуждается литература, относящаяся к §§ 1-3 данной главы.

Хотя отдельным темам, таким, как электронная оптика, СВЧ- устройства, ускорители заряженных частиц и физика плазмы, по-священо много книг, данная монография, возможно, является единственной в том смысле, что материал, относящийся ко всем этим областям, рассмотрен в ней с единой точки зрения. В связи- с этим мне пришлось усвоить и переосмыслить многое из того, с чем я был не знаком. Настоящая книга своим появлением во мно¬гом обязана помощи, которую оказали мне в данной работе мои коллеги, не пожалевшие своего времени ии на обсуждения, ни на ознакомление с рукописью в ее первоначальных вариантах.

В такой широкой области, которой посвящена данная книга,сложр ным всегда является вопрос о приоритете и первоисточниках. Статьи, на которые лучше всего было бы ссылаться, но с которыми автор не был знаком, остались неупомянутыми. В частности, я сознаю, что исследователи из Советского Союза могут почувствовать, что их очень значительный вклад в эти области отражен в значительно меньшей степени, чем вклад ученых из Западной Европы и США. Это снова связано с тем, что автор выбирал знакомые ему работы, а не наиболее соответствующие положению вещей. (Стоит заметить, по-видимому, что мой собственный интерес к пучкам в большой степени был вызван замечательной статьей Будкера [45] ; в которой содержались семена того, что разви¬лось позже.)

В книге отсутствует авторский указатель и, что следует подчеркнуть, не делается каких-либо попыток отметить отдельного автора любой значительной работы. Нередко оказывается более по-лезным, когда ссылаются на поздние обзоры или монографии, в которых обсуждаются ранее выполненные работы. Во многих случаях в качестве примеров цитируются отдельные работы, однако это отнюдь не означает, что до них не было ранее вышедших или более поздних работ. В список литературы включены только те работы, на которые автор ссылается в тексте книги.

Выбор материала, естественно, отражает мои собственные суждения о том, что является наиболее интересным и важным. Я буду признателен читателям за указания на любые опечатки и ошибки. Конечно, было бы слишком самонадеянно считать, что в книге не останется ни смысловых, ни типографских ошибок.

Написание книги заняло несколько лет, в течение которых задача ее окончания казалась иногда неразрешимой. Я особенно обязан сэру Д.Уилкинсону, по предложению которого я взялся за написание настоящей монографии, и д-ру Стаффорду, директору Лаборатории высоких энергий им. Резерфорда, за их неизменную поддержку в течение всего времени, когда я трудился над выпол¬нением этой задачи.

11 По всем материалам, касающимся ускорителей заряженных частиц, значительная помощь была получена мною от д-ра Хируорда, При рассмотрении ряда вопросов, особенно физических основ пред-мета, я воспользовался его разрешением ознакомиться с боль¬шим рукописным материалом, общие положения которого я исполь¬зовал. Кроме того, за этим последовало критическое прочтение соответствующих частей рукописи. Д-р Мартин Райзер сделал много подробных замечаний на различных этапах моей работы над книгой, особенно по поводу гл. 2, а также по ряду вопро¬сов, рассматриваемых в последующих главах, в частности отно¬сительно свойств релятивистских кольцевых пучков. Д-р Кларк помог прояснить ряд фундаментальных задач, затронутых в гл. 6, и сделал ценные замечания, касающиеся изложения материала. Много полезных предложений внес д-р Чао, прочитавший первые черновые наброски глав 2-4. Д-р Сахерер помог мне при на¬писании разделов, посвященных неустойчивостям сгруппированных пучков, особенно разд. 5.4 гл. 6. Большинство графиков, приве¬денных в гл. 6, воспроизводилось с отпечатков дисперсионных зависимостей, частично же эти графики сделаны в виде набросков с таких оттисков. Составлением плана и организацией этой рабо¬ты занимался д-р Ньюмен. Кроме того, по отдельным вопросам мне помогали либо в форме обсуждений, либо непосредственно при решении конкретных задач, либо критическим прочтением части рукописи следующие лица: д-р Коннор, д-р Деви, д-р Лаш- мор-Девис, р-н Дональд, д-р Хоукс, д-р Лапостоль, д-р Дж.Ласлет, г-н Реддиш, д-р Тейлор и д-р Тейсс. Многие другие также помог¬ли мне в написании отдельных разделов. По библиографии я получил полную сочувствия помощь от г-жи Марш и ее сотрудни¬ков из библиотеки Лаборатории им. Резерфорда.

Приношу свою официальную благодарность "Норо-Холланд Паблишинг Компани" за разрешение воспроизвести рис. 2.6 и 4.9, которые были подготовлены для журнала " Nuclear Instruments and Methods", 139, 17(1976), и д-ру Сахереру за фотографию, воспроизведенную на вклейке в начале книги,1' которая была опуб¬ликована в его работе [256] . Каких-либо других рисунков не¬посредственно не воспроизводилось, а в тех случаях, когда для приготовления рисунков использовались уже опубликованные, вы¬ражалась признательность в соответствующих местах.