《粒子加速器的分类》word版

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1、粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器的分类粒子加速器按其作用原理不同可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器、对撞机等。利用直线加速器加速带电粒子时，粒子是沿着一条近于直线的轨道运动和被逐级加速的，因此当需要很高的能量时，加速器的直线距离会很长。有什么办法来大幅度地减小加速器的尺寸吗?办法说起来也很简单，如果把直线轨道改成圆形轨道或者螺旋形轨道，一圈一圈地反复加速，这样也可以逐级

2、谐振加速到很高的能量，而加速器的尺寸也可以大大地缩减。1930年E.O.劳伦斯在直线加速器谐振加速工作原理的启发下，提出了研制回旋加速器的建议。劳伦斯建议在回旋加速器里采用一个轴向磁场，使带电粒子不再沿着直线运动，而沿着近似于平面螺旋线的轨道运动。1931年建成了第一台回旋加速器，磁极直径约10厘米，用2千伏的加速电压工作，把氘核加速到80keV，证实了回旋加速器的工作原理是可行的。在1932年又建成了磁极直径为27厘米的回旋加速器，可以把质子加速到1MeV。回旋加速器的电磁铁的磁极是圆柱形的，

3、两个磁极之间形成接近均匀分布的主导磁场。磁场是恒定的，不随时间而变化。在磁场作用下，带电粒子沿着圆弧轨道运动，粒子能量不断地提高，轨道的曲率半径也不断地提高，运动轨道近似于一条平面螺旋线。两个磁极之间是真空室。里面装有两个半圆形空盒状的金属电极，通称为"D形电极"。D形电极接在高频电源的输出端上，2个D形电极之间的空隙(加速间隙)有高频电场产生。粒子源安装在真空室中心的加速间隙中。D形电极内部没有高频电场，粒子进入D形电极之内就不再被加速，在恒定的主导磁场作用下做圆周运动。只要粒子回旋半圆的时间

4、等于加速电压半周期的奇整数倍，就能够得到谐振加速。用一个表达式可以表示成：Tc=KTrt式中Tc是粒子的回旋周期，Trt是加速电压的周期，K应该是奇整数。这类利用轴向磁场使带电粒子做回旋运动，周期性地通过高频电场加速粒子的回旋加速器又可以分为两类：第一类是没有自动稳相机制的。等时性回旋加速器就是属于这一类。D形电极间加有频率固定的高频加速电场，粒子能量低时，回旋频率能保持与高频电场谐振，而当能量高时，粒子的回旋频率会随着能量的提高而越来越低于高频电场频率，最终不能再被谐振加速。为了克服这个困难，

5、可以使磁场沿半径方向逐步增加，以保持粒子的回旋频率恒定。然而磁场沿半径方向递增却又导致粒子束流轴向散开。为解决这一矛盾，60年代初研制成功了扇形聚焦回旋加速器，在磁极上巧妙地装上边界弯曲成螺旋状的扇形铁板，它可以产生沿方位角变化的磁场，即使加速粒子轴向聚焦，又使磁场随半径增大而提高，保证粒子的旋转频率不变，即旋转一周的时间不变，因此被称为等时性回旋加速器。第二类是有自动稳相机制的。属于这一类型的加速器有：(1)稳相加速器。轴向磁场保持恒定，而使高频加速电场的频率随着粒子回旋频率的降低而同步降低，

6、从而使带电粒子仍能继续被谐振加速。这类加速器又名调频回旋加速器或稳相加速器。采用自动稳相机制以后，在理论上可以将质子加速到无限高的能量，然而由于技术上和经济上的原因，历史上最大的稳相加速器的能量只达到700MeV。这一类型的加速器用来加速质子，有的用于加速掺氘核、α粒子甚至氮离子。(2)电子回旋加速器。又称为微波回旋加速器，专门用于加速电子。这一类型的加速器中，轴向磁场是均匀的，加速电场的频率也是恒定的，而所不同的是让加速间隙位于磁极的一端，电子的轨道为一系列与加速间隙中心线相切的圆。图2.5是

7、电子回旋加速器中电子轨道的示意图。电子每回旋一圈，就被加速一次，只要回旋周期等于加速电压周期的整数倍，就有可能进行谐振加速。电子回旋加速器的能量都不是很高，最大的也不过几十MeV，束流强度为30~120微安，大多数用于医疗和射线剂量学等方面。(3)同步加速器。它的主导磁场是随时间改变的以保证带电粒子在恒定轨道上回旋。为此，磁铁做成环形的，可使磁铁重量减轻。加速电场是交变的，其频率随着带电粒子回旋频率的改变而改变，以保证谐振加速。同步加速器既能加速电子，称为电子同步加速器；又能用于加速质子，称为质

8、子同步加速器或同步稳相加速器。用于加速重离子的同步加速器，顾名思义应称为重离子同步加速器。[编辑本段]环形加速器被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，粒子运行的圆形轨道是由磁偶极(dipolemagnet)所控制。和直线加速器(Linac)不一样，环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方式发散出去。同步辐射是当任何带电粒子加速时，所发出的一种电磁辐射。粒子在圆形轨道里运动时都有一个向心加速度，会让粒子持续辐射。此时必须提供电场加速