带电粒子束的理论与设计

本书系统而深入地阐述了带电粒子束的产生、成形和传输理论，较深入地叙述了等离子体中的带电粒子束的重要物理与技术问题，并给出了带电粒子束器件和系统的理论设计方法。本书可作为从事电子科学与技术、物理学等学科领域，尤其是物理电子学、等离子体物理及加速器物理等相关专业的研究人员和工程技术人员的参考书，也可供以上专业研究生选用。  

本书以新的视角阐释和总结了带电粒子束的基本理论，包括带电粒子动力学基础、带电粒子光学、空间电荷流线性束理论、带电粒子束的自洽理论、等离子体中的带电粒子束、强流电子枪、高功率脉冲电子和离子二极管等；较系统地阐述了带电粒子束的产生、成形和传输的基本理论；较深入地叙述了等离子体中的带电粒子束的物理和技术问题；同时给出典型带电粒子束器件和系统的理论设计方法。本书选材精炼、数据可靠、数学推导简明，物理阐述翔实，反映了带电粒子束物理的新进展和学术成果。
本书可作为从事电子科学与技术、物理学等学科领域，尤其是物理电子学、等离子体物理及加速器物理等相关专业的科研人员和工程技术人员的参考书，也可供以上专业的研究生使用。

第1章 绪论
　　1.1　研究对象与主要内容
自汤姆孙（Thomson）1897年发现了自由电子并测定出电子荷质比之后，一方面电子的基本属性，如电荷、质量、磁矩、自旋角动量、波一粒二象性等很快为人们所认识；另一方面，由于阴极射线管、电子二极管和电子三极管，以及气体放电等技术应用领域的需要，成束的带电粒子流的特性开始逐渐被人们所揭示。随着带电粒子束器件和装置的不断出现与发展，形成了带电粒子束理论这一新的学科。物理学和电子学工作者从各自领域的不同需求出发，丰富了带电粒子束的研究内容，推动了带电粒子束理论的深入发展。
带电粒子束理论，又可称为带电粒子束动力学，研究成束的自由电子及离子在电磁场中的运动规律。研究的基本问题包括：自由带电粒子在外加电场和磁场中的特性（单粒子动力学），以及当带电粒子束密度足够高，相互间的作用不可忽略时，由粒子分布和运动产生的集合场中的粒子特性（自身场效应）。气体放电和等离子体微运动许多方面也可归人带电粒子动力学。
原子或分子的电子壳层或晶体的周期势场（电子绕射）以及局域粒子物理（固态理论）中的自由粒子的相互作用在此范围之外。这些情况下的粒子特性由量子力学而不是由经典力学来给以描述。
电场和磁场可以是静态的，也可以是与时间相关的，粒子的动能可以是非相对论的，也可以是相对论的。一般处理粒子为经典点电荷。在本书中，一般不考虑粒子的量子力学效应，也不重点讨论加速带电粒子的电磁辐射。另外需要考虑集合效应，例如内束散射以及束粒子和气体分子之间的碰撞，这些效应在背景气体电离的电荷中和、热平衡分布的形成以及引起发射度增长中起了主要的作用。
当自身场被考虑时，带电粒子束类似于非中性等离子体，即一类特别的等离子体，这种带电粒子束具有远大于随机热速度的漂移速度，而且不满足在规则等离子体中由于相反电荷粒子引起的电中性等。带电粒子束可以认为是粒子沿直线或曲线路径运动的清晰的连续流动或群聚的流，运动方向通常定义为纵向，横向则被外加聚焦系统或由于相反电荷粒子的存在而引起的自聚焦所约束。横向速度分量和纵向速度的离散与束的平均纵向速度比较为小量。
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