RFQ (射频四极场)加速器是一种新型强流低能离子直线加速器。它不仅优点颇多、应用广泛，而且在加速器物理上也很有特色，它巧妙地将束流的纵向、横向的匹配以及加速与聚焦等作用都用一个加速腔中的单一射频电场予以实现。本课对它的加速原理、束流动力学、加速 腔，设计考虑与应用、发展作了一简要介绍。 

1. 前言
1.1 RFQ前的低能( ≦MeV )离子加速器：
   上世80年代前主要是体积庞大的直流高压型：
A. 高压倍加器：通常 ≦ 400-600 kV，- mA 流强

B. 单级及串列静电加速器：通常 - MV, - μA流强       

   有没有 - MV及 - mA 流强的离子加速器？ RFQ 加速器（Radio Frequency Quadrupole，射频四极场加速器  ) 

1.2 RFQ加速器的提出、特性及发展：
   1970前苏联Kapchinski及Teplyakov提出RFQ直线加速器原理 1980美国LANL建成第一台四翼型（4 Vane）RFQ：
   质子   100 KeV-640 KeV    30 mA 
   RFQ加速腔：长111cm，直径15cm，传输效率 87% 
 
  
                图1   四翼型RFQ加速腔
 
RFQ加速器特点：            

   * 体积小   

   * 束流强101 - 102 mA     

   * 离子能量 - MeV/核子 范围       

   * 束流传输效率高＞80%

   * 注入能量低 - KeV/核子—可直接接离子源后

   * 加速、聚焦及束流的纵横向匹配都在一腔中实现—结构紧凑、使用简便              

1.3  应用广泛、发展迅速：
   RFQ由于优异特性和广泛应用而取得了迅速发展：
   1989美国的 BEAR（Beam Experiment Abroad Rocket）RFQ 被Alice 火箭送上太空进行实验 (1 MeV  H- ) 
   2000美国LANL的LEAD（Low Energy Demonstration Accelerator）RFQ将100mA质子连续束加速到6.7MeV（腔长8m，射频功率670 kW！）

   现在，RFQ已经成为了一种主要的、应用广泛的低能强流离子加速器：
   * 它己 取代了体积庞大的高压倍加器用作离子加速器的低能强流注入器，广泛用于基本粒子物理、强中子源、加速器驱动系统、医学治疗、材料研究、离子束应用 等领域。
   * 由于RFQ巧妙地将束流的加速、聚焦、及 纵向与横向的匹配都由一个射频电场集中在一个加速腔中实现，因此也是学习加速器原理的一个很好的范例。,
 
2. RFQ 加速器的原理. 
2.1 加速与聚焦作用
   RFQ 可以看成是由 静电四极透镜演变而来（图2 a）：        

   * 静电四极透镜仅有聚焦作用，作两点改变：        

   * 电极表面作波浪形调制 — 产生纵向加速电场        

   * 用射频电场代替静电场 — 实现连续的同步加速   

 
                                       图 2  RFQ加速原理图 

   (a)  静电四极透镜原理图                                        
   (b)  RFQ电极剖面示意图

   (c)  RFQ  在X-Z平面上的电场 
2.2  RFQ射频电场
   射频电场的电位可写成：

   考虑电极的对性，空间项可写成：

方家训，北京大学重离子物理研究所，100871，北京