一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置

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1、一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速，能提供速度高达几千、几万乃至接近三十万千米每秒（真空中的光速）的各种高能量的带电粒子束，是人们变革原子核和“基本”粒子、认识物质深层结构的重要工具；在工农业生产、医疗卫生、科学技术、国防建设等各个方面也都有重要而广泛的应用。    历史　1919年，E.卢瑟福用天然放射源实现了第一个原子核反应，不久，人们就提出了用人造快速粒子源来变革原子核的设想。1928年G.伽莫夫关于量子隧道效应的计算表明，能量远低于

2、天然□射线的粒子,也可透入核内，这就进一步激发了人们研制人造快速粒子源的热情。20年代中，探讨过许多加速带电粒子的方案，进行过许多试验。30年代初，高压倍加器、回旋加速器、静电加速器相继问世。1932年J.D.考克饶夫和E.T.S.瓦耳顿用他们建造的700kV高压倍加器加速质子,实现了第一个由人工加速的粒子束引起的核反应,Li(p,□)He。同年E.O.劳伦斯等发明的回旋加速器（见彩图1930年E.O.劳伦斯(1901～1958)制成的世界上第一台回旋加速器）开始运行。几年之后他们通过人工加速的p、d

3、和□等粒子轰击靶核得到高强度的中子束，还首次制成了24Na、32P、131I等医用同位素。这几位研制加速器的先驱者后来分别获得了诺贝尔物理学奖。同一期间R.J.范德格□夫创建了静电加速器,它的能量均匀度高,被誉为核结构研究的精密工具。第一批粒子加速器的运行显示了人工方法产生快速粒子束的巨大优越性：不仅其强度远高于放射性元素、宇宙线等天然快速粒子源，而且粒子的品种、能量以及粒子束的方向等都可任意选择、精确调节。以后的几十年间，随着人们对微观物质世界深层结构研究的不断深入，各个科学技术领域对各种快速粒子束

4、的需要不断增长，提出了多种新的加速原理和方法，发展了具有各种特色的加速器。1940年D.W.克斯特制成了利用电磁感应产生的涡旋电场加速电子到高能量的电子感应加速器；1945年В.И.韦克斯勒和E.M.麦克米伦各自独立提出了谐振加速的自动稳相原理，为高能加速器的发展开辟了道路；40年代中期在第二次世界大战期间发展起来的高频、微波技术基础上，L.W.阿耳瓦雷茨和W.W.汉森分别制成了第一台质子驻波直线加速器和电子行波直线加速器,为直线加速器的发展奠定了基础;50年代初M.S.利文斯顿、E.D.库朗等提出了

5、强聚焦加速器原理，大大缩减了加速器的尺寸，在此基础上诞生了强聚焦的高能加速器以及扇形聚焦回旋加速器；1956年克斯特提出了通过高能粒子束间的对撞来提高有效作用能的概念，导致了高能对撞机的发展。现在，对撞机已成为获得粒子之间最高有效作用能的主要手段。由于这一系列的发展和成就，半个世纪以来粒子加速器的能量增长率约为每十年一个数量级以上，而单位能量的造价则大致以十年一个数量级的速率下降。60年代后期以来，在寻求超重核，发展重离子核物理的推动下，发展了加速重离子的技术和能力，并形成了自成一族的重离子加速器，使

6、加速粒子的品种自初期的少数轻离子发展到元素周期表上全部天然元素的离子。    几十年来，人们应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速地发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们得以发现上百种“基本”粒子包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子，并建立起粒子物理学这样一门新学科。近20多年来，加速器的应用已经远远超出了原子核科学和粒子物理的领域，在诸如材料科学、表面物理学、分子生物学、光化学等其他科技领域都有着重

7、要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛地用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”加速器。它们之中有相当一部分已由实验室研制转为工业批量生产。    中国粒子加速器的发展始于50年代末期，已先后研制和生产了高压倍加器、静电加速器、

8、电子感应加速器、电子和质子直线加速器、回旋加速器等加速器,并从事高能加速器、重离子加速器和同步辐射加速器的研制。（见彩图中国科学院高能物理研究所90MeV加速器全貌、中国第一台回旋加速器、中国科学院高能物理研究所10MeV质子直线加速器主体、中国第一台电子辐射加速器、中国科学院高能物理研究所35MeV质子直线加速器的加速腔、中国科学院高能物理研究所750keV预注入器、兰州重离子加速器工程图左为初步安装就位的扇形磁铁）    结构　粒子加速器有三个基本组