Программа дисциплины Линейные ускорители заряженных частиц Лекторы



жүктеу 104.6 Kb.
Дата08.07.2018
өлшемі104.6 Kb.
түріРабочая программа

Рабочая программа дисциплины
1. Линейные ускорители заряженных частиц

2. Лекторы.

2.1. к.ф.м.н., старший преподаватель, Белоусов Александр Витальевич, кафедра физики ускорителей и радиационной медицины, BelousovAV@physics.msu.ru, 8(495)939-49-46.



3. Аннотация дисциплины.

Циклические ускорители применяются для решения большого круга как практических, так и научных задач. В частности, максимальные энергии тяжелых частиц получают именно на циклических ускорителях, циклические ускорители обеспечивают требуемые пучки для новейшего метода лучевой терапии – адронной лучевой терапии. В связи с этим, в подготовке специалистов по ускорителям, важное место занимает изучение основных типов циклических ускорителей и особенностей ускорения частиц в этих машинах. Многие циклические ускорители созданы в единственном экземпляре. В лекционном курсе содержатся базовые знания о принципах работы основных типов циклических ускорителей, используемых в настоящее время. В рамках курса студенты познакомятся с принципом работы ускорителей индукционного и резонансного типов. Большое внимание уделяется продольной и поперечной динамике заряженных частиц и резонансам. Проблеме получения и формирования интенсивных пучков заряженных частиц в накопителях.



4. Цели освоения дисциплины.

Дать студентов основные знания для ориентации в вопросах принципов функционирования и конструкции циклических ускорителей тяжелых заряженных частиц и электронов, а также ускорительно-накопительных колец.



5. Задачи дисциплины.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные типы циклических ускорителей, их характеристики и способы управления выходными параметрами пучков; уметь оценивать требуемые характеристики узлов ускорителей для обеспечения заданных характеристик пучков заряженных частиц.



6. Компетенции.

6.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.

ОНК-1, ОНК-5, СК-3, ПК-2



6.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.

ОНК-5, ПК-2



7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен

знать основные типы циклических ускорителей, физические принципы их работы и основные конструкции, основные параметры и ограничения (как принципиальные, так и экономические), накладываемые на них;

уметь использовать полученные навыки в практической научной деятельности. В частности, определять параметры выходного пучка по известным параметрам ускорителей, определять требуемые параметры ускорителей по известным характеристиками требуемого пучка, сравнивать между собой различные типы ускорителей;



знать уравнения, описывающие динамику пучка в циклическом ускорителе и владеть навыками для их практического применения;
8. Содержание и структура дисциплины.

Вид работы

Семестр

Всего




8




Общая трудоёмкость, акад. часов

72

72

Аудиторная работа:

30

30

Лекции, акад. часов

30

30

Семинары, акад. часов







Лабораторные работы, акад. часов







Самостоятельная работа, акад. часов

42

42

Вид итогового контроля

экзамен

экзамен




N
раз-
дела


Наименование
раздела



Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий

Форма
текущего
контроля


Аудиторная работа

Самостоятельная работа


Лекции

Семинары

Лабораторные работы

1

Введение

2 часа

Вводная лекция, основные типы циклических ускорителей, их особенности. Достоинства и недостатки.







2 часа

Работа с лекционным материалом: основные типы циклических ускорителей и их особенности.

ДЗ,

Оп,

РК,

РС.


2

Движение
частиц в магнитных полях

4 часа

Слабая и сильная фокусировка. Линеаризация уравнения движения.







4 часа

Работа с лекционным материалом. Слабая и сильная фокусировка. Линеаризация уравнения движения.

ДЗ,

Оп,

РК,

РС.


4 часа

Уравнения Хилла. Решение уравнений Хилла с кусочно-непрерывными на периоде коэффициентами. Бетатронная функция на замкнутом периоде.







6 часов

Работа с лекционным материалом.

Решение уравнений Хилла с кусочно-непрерывными на периоде коэффициентами. Бетатронная функция на замкнутом периоде.

2 часа

Дисперсия орбит. Эмиттанс пучка.







6 часов

Работа с лекционным материалом.

Дисперсия орбит. Эмиттанс пучка. Согласование параметров пучка с параметрами ускорителя при инжекции.

2 часа

Резонансы







4 часа

Работа с лекционным материалом.

Основные типы резонансов

2 часа

Автофазировка. Продольные колебания.







4 часа

Работа с лекционным материалом.

Продольные колебания в циклических ускорителях

3

Основные типы циклических ускорителей.

2 часа.

Микротроны и рециркуляторы







2 часа

Работа с лекционным материалом.

Разрезной микротрон

ДЗ,

Оп,

РК,

РС.





2 часа

Бетатроны и модфицированные бетатроны







2 часа

Работа с лекционным материалом.

Условия устойчивости в модифицированном бетатроне.




2 часа

Циклотроны и фазотроны







2 часа

Работа с лекционным материалом.

Набор энергии в циклотронах




2 часа

Изохронный циклотрон







2 часа

Работа с лекционным материалом.

Изохронные циклотроны с прямыми и спиральными секторами




2 часа

Синхротроны. Синхрофазотроны. FFAG







2 часа

Работа с лекционным материалом.

Синхрофазотроны и ускорители с постоянным полем и обратным градиентом




4 часа

Накопительные кольца. Методы охлаждения. Затухание колебаний вследствие СИ







4 часа

Работа с лекционным материалом.

Декременты продольных и поперечных колебаний в протонных синхротронах.


9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО

  1. По выбору

  2. Указать часть учебного плана (базовая или вариативная часть, название блока, название модуля), к которой относится данная дисциплина. Например: вариативная часть, профессиональный блок, модуль "Ускорители заряженных частиц".

  3. Дать описание логической и содержательно-методической взаимосвязи с другими частями ООП (дисциплинами, модулями, практиками). Указать требования к «входным» знаниям, умениям и опыту деятельности обучающегося, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин (модулей).

    1. Дисциплины, которые должны быть освоены для начала освоения данной дисциплины: Дисциплины модулей «Математика», «Общая физика», «Теоретическая физика»; дисциплины «Введение в физику ускорителей», «Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях», «Линейные ускорители заряженных частиц».

    2. Дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее: научно-исследовательская работа.


10. Образовательные технологии

  • Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.

  • Курс, составлен с использованием результатов исследований научных школ МГУ.


11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

  • Примеры контрольных вопросов:

    • Влияние показателя спада магнитного поля на вертикальную и аксиальную фокусировку

    • Режимы ускорения в микротронах

    • Линеаризация уравнений движении в разрезных микротронах

    • Частоты бетатронных колебаний структуры FODO

  • Примеры домашних заданий:

    • Оценить энергетический разброс пучка электронов ускоренных в классическом микротроне, если значение синхронной фазы 20°, индукция магнитного поля 1 Тл, разброс фаз при инжекции 0.5°. Считать, что микротрон функционирует в основном режиме. Определите амплитуду напряжения на ускоряющем зазоре.

    • Магнитное поле бетатрона спадает по радиусу по следующему закону B(R)=B0r-2/3. Определить значение B0 при котором возможно ускорение электронов до энергии 30 МэВ, если диаметр магнита 0.6 м.

    • Определите скорость центробежно-градиентного дрейфа электрона, движущегося в тороидальном магнитном поле, если энергия электрона 10 МэВ, радиус равновесной орбиты 0.3 м. Начальное смещение электрона в радиальном направлении считать равным нулю.

  • Перечень вопросов к экзамену.

    • Свойства «бочкообразного» магнитного поля. Показатель спада магнитного поля. Мягкая фокусировка.

    • Фокусировка краевым магнитным полем

    • Уравнения Маттье-Хилла и матрица перехода. Частоты поперечных колебаний для различных структур.

    • Матрица Твисса и инвариант Куранта-Снайдера

    • Коэффциент расширения орбит. Дисперсия частот обращения.

    • Резонансы: линейные, нелинейные, параметрические.

    • Поправка частот колебаний за счет собственного заряда пучка

    • Микротрон. Принцип работы и устройство. Основные режимы работы.

    • Разрезной микротрон. Принцип работы и устройство. Основные режимы работы.

    • Возможные значения синхронной фазы для различных режимов работы микртрона.

    • Бетатронное ускорение. Правило «2:1»

    • Модифицированные бетатроны и устойчивость в них.

    • Классические циклотрон и максимальная энергия в нем.

    • Принцип работы фазотрона. Частота продольных колебаний.

    • Принцип работы изохронного циклотрона. Основные уравнения.

    • Принцип поперечной фокусировки в изохронных циклотронах.

    • Ограничения на максимально достижимую энергий в изохронных циклотронах.

    • Принцип работы и основные уравнения синхротронного способа ускорения. Синхрофазотроны.

    • Ускорительно-накопительные кольца и их характеристики. Методы охлаждения частиц.

    • Радиационное охлаждение. Декременты продольных и поперечных колебаний.


12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература

  1. А.Н. Лебедев, А.В. Шальнов, «Основы физики и техники ускорителей. Том 2. Циклические ускорители», ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, Москва, 1982 (и более поздние версии).

  2. А.А. Коломенский, А.Н. Лебедев, «Теория циклических ускорителей», государственное издательство физико-математической литературы, Москва, 1962 (и более поздние версии).

  3. Г. Брук, «Циклические ускорители заряженных частиц», АТОМИЗДАТ, Москва, 1970.

  4. Дж. Ливингуд, «Принципы работы циклических ускорителей», Москва, 1963.

Дополнительная литература

  1. Комар Е.Г., «Основы ускорительной техники», АТОМИЗДАТ, Москва, 1975

Периодическая литература

  1. CERN Accelerator School.

Интернет-ресурсы

  1. hea.phys.msu.ru/boss/index.html

  2. www.cern.ch


13. Материально-техническое обеспечение

Курс может быть прочитан в любой аудитории при наличии подключения к электрической сети, компьютера, проектора, экрана, учебной доски.




Стр. из




Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет