加速器简介

北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。 １９８８年１０月１６日 １９８８年１０月１６日，两束正负电子在北京西郊 一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞， 一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞，揭开了我国 高能物理研究的新篇章。 高能物理研究的新篇章。
25年前发明的同步加速器是当时该技术领域 25年前发明的同步加速器是当时该技术领域 的全球第一台仪器。而现在已经有了60台同步 的全球第一台仪器。而现在已经有了60台wenku.baidu.com步 加速器。 加速器。发明了同步加速器的英国研究委员会 中心实验室理事会（CCLRC） 中心实验室理事会（CCLRC）的达斯伯里实验 室（Daresbury Laboratory）成立于1962年， Laboratory）成立于1962年 目前拥有5000名该领域的科学家 名该领域的科学家。 目前拥有5000名该领域的科学家。
电子感应加速器
根据麦克斯韦的电磁理论， 根据麦克斯韦的电磁理论，随时间变化的磁 麦克斯韦的电磁理论 在它的周围激发一个感应的涡旋电场。 场，在它的周围激发一个感应的涡旋电场。 1932年 斯莱皮恩（J.Slepian） 1932年，斯莱皮恩（J.Slepian）提出利用感应 电场加速带电粒子的想法， 1940年制成了第 电场加速带电粒子的想法，到1940年制成了第 一台电子感应加速器， 一台电子感应加速器，这是一种利用感应电场加 速电子的装置。电子感应加速器属于低能加速器， 速电子的装置。电子感应加速器属于低能加速器， 它主要的应用是使高能电子轰击金属靶上， 它主要的应用是使高能电子轰击金属靶上，通过 致辐射产生 射线，用于工业γ 产生γ 轫rèn致辐射产生γ射线，用于工业γ射线探伤 和射线治疗癌症。 和射线治疗癌症。
1958年 1958年6月30日，中国第一座实验性原子反应堆 30日 回旋加速器开始运转
同步回旋加速器
当粒子的能量很高时， 当粒子的能量很高时 ， 它的速度几乎接近光 因而按照相对论， 它的质量随速度增大， 速 ， 因而按照相对论 ， 它的质量随速度增大 ， 即：
v 2 m = m0 / 1− ( ) c
其主要构造如图21其主要构造如图21-4（a）所示。在电磁铁两极 所示。 之间放置一个环形真空室， （N、S）之间放置一个环形真空室，电磁铁用频 率约每秒数10周的强大交变电流励磁 周的强大交变电流励磁， 率约每秒数10周的强大交变电流励磁，使两极间 的磁感应强度B反复变化， 的磁感应强度B反复变化，于是环形真空室内感 应出很强的涡旋电场 涡旋电场。 应出很强的涡旋电场。用电子枪将电子注入环形 室。电子在涡旋电场作用下被加速，同时在磁场 电子在涡旋电场作用下被加速， 里受洛伦兹力作用而作圆周运动。 里受洛伦兹力作用而作圆周运动。
对撞束加速器（对撞机） 对撞束加速器（对撞机）
对撞机是为了提高有效作用能而设计的高能加 速装置，50年代初 在高能同步加速器基础上， 年代初， 速装置，50年代初，在高能同步加速器基础上， 对撞机开始出现， 对撞机开始出现，其主要原理是积累并加速相继 由前级加速器注入的两束粒子流， 由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强 度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞， 度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞， 以产生足够高的相互作用反应能。对撞机的优点 以产生足够高的相互作用反应能。 是可以用造价不算太高的一般高能加速器进行超 高能的实验。1961年 里希特在美国斯坦福直线 高能的实验。1961年，里希特在美国斯坦福直线 加速器中心的正负电子对撞机上发现了一种基本 粒子，为近代高能物理的发展作出了很大的贡献。 粒子，为近代高能物理的发展作出了很大的贡献。 正是由于这一成就促使世界各国争先建造正负电 子对撞机，中国目前已拥有北京正负电子对撞机 北京正负电子对撞机， 子对撞机，中国目前已拥有北京正负电子对撞机， 在世界高能物理研究中占有重要一席。 在世界高能物理研究中占有重要一席。
北京正负电子对撞机
这是北京正负电子对撞机鸟瞰图（资料照片） 这是北京正负电子对撞机鸟瞰图（资料照片）
北京正负电子对撞机改造后的直线加速器
这是北京正负电子对撞机改造前的存储环（资料照片） 这是北京正负电子对撞机改造前的存储环（资料照片）
北京正负电子对撞机
图21—8是北京正、负电子对撞机结构图，其工作原理是：由预注入器射出 21— 是北京正、负电子对撞机结构图，其工作原理是： 30MeV的电子 经电子直线加速器加速到340MeV 的电子， 340MeV， 30MeV的电子，经电子直线加速器加速到340MeV，然后打到正电电子产生靶 铜或铅） 产生高能光子，并转化成正、负电子对， （铜或铅）上。产生高能光子，并转化成正、负电子对，经高频偏转器将 负电子偏离掉，剩下的正电子，经正负电子加速器减速至1.1Gev, 1.1Gev,经束流输 负电子偏离掉，剩下的正电子，经正负电子加速器减速至1.1Gev,经束流输 运线送至储存环， 负电子束流在储存环内以相反转向运动， 运线送至储存环，正、负电子束流在储存环内以相反转向运动，并加速至 2.2GeV，然后在对撞点对撞。 2.2GeV，然后在对撞点对撞。
加速器简介 加速器简介
使带电粒子不断地加速以获得很大能 量的一种装置叫做加速器。 量的一种装置叫做加速器。通常由离子源 或电子枪）、 ）、加速聚焦系统和控制系统 （或电子枪）、加速聚焦系统和控制系统 三部分组成。加速后粒子的能量一般在10 三部分组成。加速后粒子的能量一般在10 万电子伏以上 以上， 万电子伏以上，目前最大的加速器能使带 电粒子获得几千亿电子伏的能量。 几千亿电子伏的能量 电粒子获得几千亿电子伏的能量。 低能加速器是研究低能原子核物理 低能加速器是研究低能原子核物理 的主要装置， 的主要装置，在国防工业及国民经济各 部门中也有广泛应用。例如工业探伤、 部门中也有广泛应用。例如工业探伤、 医疗等。至于中 高能加速器， 医疗等。至于中、高能加速器，则主要 用作探索微观世界规律的工具。 用作探索微观世界规律的工具。
回旋加速器
回旋加速器是一种粒子沿圆弧轨道运动的 谐振加速器，离子在恒定的强磁场中， 谐振加速器，离子在恒定的强磁场中，被固定 频率的高频电场多次加速，获得足够高的能量。 频率的高频电场多次加速，获得足够高的能量。 1930年 劳伦斯提出了回旋加速器的工作原理 1930年，劳伦斯提出了回旋加速器的工作原理， 提出了回旋加速器的工作原理， 1932年 第一台直径为27厘米的回旋回速器投 1932年，第一台直径为27厘米的回旋回速器投 入运行，它能将质子加速到1兆电子伏。 入运行，它能将质子加速到1兆电子伏。带电粒 子加速器自30年代问世以来 年代问世以来， 子加速器自30年代问世以来，主要是朝更高能 量的方向发展。在这个过程中， 量的方向发展。在这个过程中，任何一种加速 器都经过了发生、 器都经过了发生、发展和加速能力或经济效益 30日 受到限制的三个阶段。1958年 受到限制的三个阶段。1958年6月30日，新华 社正式公布，中国第一台回旋加速器建成。 社正式公布，中国第一台回旋加速器建成。
加速器的类型和加速原理有许多种。 加速器的类型和加速原理有许多种。按能量分 低能加速器（加速粒子的能量在1 有：低能加速器（加速粒子的能量在1亿电子 伏以下）；中能加速器（ 亿至10亿电子伏 ）；中能加速器 亿电子伏）； 伏以下）；中能加速器（1亿至10亿电子伏）； 高能加速器（10亿至 亿至500亿电子伏 亿电子伏） 高能加速器（10亿至500亿电子伏）和超高能 加速器（500亿电子伏以上）。按粒子运动的 亿电子伏以上）。 加速器（500亿电子伏以上）。按粒子运动的 轨道分：有直线型加速器和圆形加速器。 轨道分：有直线型加速器和圆形加速器。属于 直线型的有倍压加速器、 直线型的有倍压加速器、静电加速器和直线加 速器；属于圆形的有电子感应加速器、 速器；属于圆形的有电子感应加速器、回旋加 速器、电子回旋加速器、稳相加速器、 速器、电子回旋加速器、稳相加速器、电子同 步加速器、质子同步加速器和同步稳相加速器。 步加速器、质子同步加速器和同步稳相加速器。 按被加速的带电粒子分：有加速电子、质子、 按被加速的带电粒子分：有加速电子、质子、 氘核及各种重离子的加速器。 氘核及各种重离子的加速器。对于后两种加速 按聚焦类型分，又有弱聚焦和强聚焦两类。 器，按聚焦类型分，又有弱聚焦和强聚焦两类。
同步辐射（ radiation） 同步辐射（synchrotron radiation）是由以近光速 行进的电子束在受外在偏转磁铁的磁力改变运动方向 时所发射的电磁波。 时所发射的电磁波。同步加速器的结构包含电子枪或 离子源、线型加速器、偏转磁铁、真空腔、RF腔、实 离子源、线型加速器、偏转磁铁、真空腔、RF腔 验站等。电子或离子首先由电子枪或离子源激发产生， 验站等。电子或离子首先由电子枪或离子源激发产生， 经直线加速器加速到接近光速，再通过输送管道进入 经直线加速器加速到接近光速， 储存环。储存环是由许多磁铁组成。 储存环。储存环是由许多磁铁组成。粒子在储存环旋 转处受到偏转磁铁作用发生偏转， 转处受到偏转磁铁作用发生偏转，并在直线段持续加 速以保持动能，并在储存环中作回旋运动， 速以保持动能，并在储存环中作回旋运动，同时不断 发出同步光。光束路线将同步光从储存环引导出来， 发出同步光。光束路线将同步光从储存环引导出来， 凭借内部精密的光学组件将同步光聚焦并选取合适波 段的同步辐射送入实验站。 段的同步辐射送入实验站。科学研究人员在实验站测 量同步辐射经过物体反射、衍射、 量同步辐射经过物体反射、衍射、散射及透射后的光 谱或是探测物体被光子激发出的电子、离子等， 谱或是探测物体被光子激发出的电子、离子等，来研 究物体的结构性能，探索微观世界的奥秘。 究物体的结构性能，探索微观世界的奥秘。
同步辐射设施架构。资料来源: SOLEIL 同步辐射设施架构。资料来源:
同步加速器具有以下几项令人震惊的事实： 同步加速器具有以下几项令人震惊的事实：
·同步加速器中的电子以99.99997%的光速 同步加速器中的电子以99.99997%的光速 在运行； 在运行； ·当粒子以这种速度运行的时候，就比普通粒 当粒子以这种速度运行的时候， 子重了4000倍 子重了4000倍； ·同步加速器是一部时间机器。倘若您能够乘 同步加速器是一部时间机器。 坐同步加速器中运行的粒子上，您只需要22秒就 坐同步加速器中运行的粒子上，您只需要22秒就 能经历通常的24小时 小时； 能经历通常的24小时； ·就像距地球表面500英里高的太空一样，同 就像距地球表面500英里高的太空一样， 英里高的太空一样 步加速器内部几乎没有什么空气。 步加速器内部几乎没有什么空气。
回转频率f 将随m 回转频率f0将随m（或v）而变，破坏了谐振 而变， 条件， 便难于加速。 但是， 条件 ， 便难于加速 。 但是 ， 我们可以调节高 压电源的频率f 使之与变化的f 同步， 压电源的频率 f ， 使之与变化的 f0 同步 ， 这样 改进的回旋加速器称为同步回旋加速器 同步回旋加速器。 改进的回旋加速器称为同步回旋加速器。