加速器种类及优缺点

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1、大学物理自主学习之勇攀高峰中荷学院2012级卓越班闫醒阳20125357带电粒子加速器加速器的种类：倍压加速器、直线加速器、回旋加速器、同步加速器、对撞机与储存环，静电加速器等等。a倍压加速器原理：倍压加速器也称高压倍加器，是最早的一种低能加速器。它是利用电压倍加原理产生高电压来加速粒子的。倍压加速器一般由高压电源、加速管、离子源或电子枪、高压电极、绝缘支柱和其他附属设备所组成。若使用正离子源，其高压电源的正极接到加速器的高压电极上，负极接地，中间是加速管，离子源放在高压电极中。真空管道是用来保持加速器的真空。当正离子源产生的正离子发射出来后，受到高压电极的排斥作用，

2、就会沿加速管急速地到负极，能量逐步增高，正离子得到加速。反过来，若使用负离子源或电子枪，这时高压电极的极性就要反接，即将高压电源的负极接到高压电极上，就能加速电子和负离子。优缺点：由于倍压加速器的输出粒子流强度高，结构比较简单，运行比较可靠，造价低和建造快，因而得到了广泛的应用。b直线加速器原理：直线加速器是采用高频电场来加速粒子的。直线加速器既能加速质子和重离子，也能加速电子，加速质子的称为质子直线加速器，加速电子的称为电子直线加速器。质子直线加速器的能量从几十到几百兆电子伏。电子直线加速器的能量可从几兆到几十兆电子伏。直线加速器可作为高能加速器（或对撞机）的注入器

3、，此外在医疗和工业探伤方面也有广阔的应用前景。质子直线加速器一般采用高频电场来加速。加速器的外壳是1-2米的大圆筒，内壁是铜制成的，光洁如镜。沿加速腔的轴线方向，装有好多个金属圆管，称为漂移管。漂移管之间的间隙称为加速间隙。漂移管一个比一个长，而间隙也是一段比一段大。当施加高频电源后，在加速间隙中产生较高的高频电场。我们知道，高频电场的方向和大小是随时间迅速变化的，漂移管设计得很巧妙，它好像一个个“防空洞”，洞中设有高频电场，当粒子的飞行方向与电场方向相同时则使粒子加速，当粒子飞行方向与电场方向相反时，粒子正好躲在“防空洞”中，而不会受到电场反向造成的减速；当电场方向

4、又变得和粒子飞行方向一致时，粒子刚好从前一个“防空洞”出来，在第二个加速间隙中得到加速，电场改变时，又正好躲在下一个“防空洞”。就这样粒子每经过一个加速间隙就受到一次加速，经过若干个这样的间隙，就能使粒子具有较高的能量。优缺点：直线加速器具有束流强度高、能量可逐节增加等优点，缺点是需要昂贵的高频、微波功率源.而且直线加速器的优点是从零速开始加速很方便，绝大部分回旋加速器的起始加速段（注入器）都是直线加速器；而且加速重粒子在能量损失方面比起同步加速器来说比较有优势，因为重粒子偏转需要的向心加速度更大；另外事实上都造到很大的时候直线加速器反而比较不占地方。c回旋加速器原理

5、：回旋加速器属于圆形加速器的一种，它与直线加速器一样，利用高频交流电压来使粒子做多次加速，以获得能量。所不同的是将两个半圆空心电极（称为D型盒）放在磁场中以代替质子直线加速器中的圆柱形电极。两个D型盒分别接在电源的两个电极上，从而它们之间就有了一定的电压。另外，由于D型盒是金属制成的，在每个D型盒的内部，电场为零，所以带电粒子在D型盒内的运动是匀速的，而在两个D型盒之间的间隙则会作加速运动（电场对它加速），如图5-5所示。即当带电粒子从离子源（a处）进入D型盒之后，因为有磁场的约束，就绕着圆弧形的轨道前进，通过abc弧后又来到D型盒的边缘，这时两个D型盒之间的电场正好

6、能对粒子加速。当粒子到达d点时，速度已比刚才增快了，因此它就将沿着一个半径稍大的def圆弧运动，到达f点时再次被电场加速。这个过程不断地持续下去，粒子的速度越来越快，能量越来越高，粒子的回旋半径也越来越大。优缺点：回旋加速器可以反复回旋加速以累积能量，另外如果有足够的资金和场地的话，也可以造得非常大——半径越大越接近直线，这样偏转的时候由于同步辐射（切伦科夫辐射）损失的能量越少。d同步加速器原理：针对回旋加速器的缺点，人们对它进行了一次大手术，即挖掉了磁体的中心部分，以减轻总重量，这样磁极由磁柱变成了磁环。粒子不再像回旋加速器那样沿钟表发条形的轨道回旋了，它从一开始就

7、进入了半径固定的环形跑道（轨道）里加速。当然为了不使磁场强度的调整幅度变化太大，先利用其它低能量加速器即注入器对粒子进行预加速。待达到一定的速度后，再送入这种加速器中继续“培养”。这好像奥运会田径赛跑的预选赛一样，只有达到奥运会规定的成绩，取得报名资格的选手，才有可能到奥运会上决一雌雄。同步加速器可以加速电子，也可以加速质子等较重粒子。所以同步加速器又可分为电子同步加速器、质子同步加速器和强聚焦电子或质子同步加速器等。优缺点：（针对于电子加速器）①具有从红外线到硬X射线广泛范围内的光滑连续谱。如使用单色器，可获得一定波长的单色光。②辐射强度高，一个储