加速器物理基础
加速器原理 配套课件
● 加速器全名为“荷电粒子加速器”，是使带电粒子在真空中受磁场力控制、 电场力加速而达到高能量的一种装置。
如图所示，电视机及计算机 显示器就是一小型的加速器。
●加速器应称为“粒子加能器” 但“加速器”的名称早已为人们 普遍接受，故一直被沿用。
● 加速器技术是核技术的 一个重要分支。
3）回旋加速器 ● 1958年—1959年，清华大学2.5MeV电子回旋加速器出束。 ● 1958年：原子能研究所自苏联引进了磁极直径1.2m回旋加速器。60年代
初，先后由北京重型电机厂、上海先锋厂仿制了1.2m、1.5m回旋加速器。 ● 20世纪70年代末至80年代初，由一机部自动化所（即现北京机械工业自
动化研究所）与清华大学、国家计量局合作研制了25MeV电子回旋加速器
§1.1 加速器及其发展历史
三、加速器发展历史
4、加速器技术在中国的发展
4）电子直线加速器 ● 1964年，科学院高能所30MeV电子直线加速器建成。 ● 1974年—1975年初，北京（北京医疗器械研究所、清华大学）、上海
（上海医疗器械厂、高能所）各自研制的10MeV医用电子行波直线加速器 相继成功出束。1977年，上述加速器通过鉴定后，北京医疗器械研究所、 上海医疗器械厂、南京电子管厂、四川东风电机厂、四机部十二所开始小 批量生产或研制医用和工业用电子行波直线加速器
加速器原理 配套课件
目录
第一章 绪 论 第二章 粒子源与束流品质 第三章 倍压加速器 第四章 高压静电加速器 第五章 回旋加速器 第六章 电子感应加速器 第七章 自动稳相准共振加速器基础 第八章 回旋型准共振加速器 第九章 环型准共振加速器
加速器原 理
第一章：绪 论
§1.1 加速器及其发展历史
粒子物理学基础研究方法汇总表述
粒子物理学基础研究方法汇总表述粒子物理学，作为物理学的一个重要分支，研究微观世界的最基本构建块——物质的基本粒子以及它们之间的相互作用。
在粒子物理学的发展进程中，科学家们采用了多种不同的研究方法来探索微观世界的奥秘。
本文将对粒子物理学基础研究方法进行汇总表述。
1. 加速器技术：加速器是进行粒子物理学研究的重要工具之一。
科学家们通过使用不同类型的加速器，如环形加速器、线性加速器等，将粒子加速到高速并进行碰撞实验。
通过观察碰撞后产生的粒子，研究人员可以了解到更多有关基本粒子性质和相互作用的信息。
2. 探测器技术：探测器是用于捕获和测量粒子的装置。
不同类型的探测器被设计用于探测和测量不同类型的粒子，如带电粒子、中性粒子等。
通过分析探测器收集到的数据，科学家们可以了解到粒子的能量、动量、轨迹以及其他重要参数，从而推断粒子的性质和相互作用。
3. 数据分析与模拟：对于大量的实验数据，科学家们使用统计学和数据分析技术来处理和分析。
通过应用各种统计方法，研究人员可以从数据中提取出有用的信息，以验证或推翻某一理论。
此外，科学家还使用计算机模拟方法来模拟和研究各种粒子物理过程，以进一步理解和预测实验结果。
4. 标准模型：标准模型是目前对粒子物理学最基本粒子和相互作用的最全面和准确的理论描述。
科学家们利用标准模型的基础上的计算方法和理论预测，可以与实验结果进行比较，验证标准模型的正确性，并且寻找标准模型的不足之处，以便于进一步的研究和推进。
5. 协同研究：粒子物理学的研究需要多个实验室和大型国际合作组织之间的合作。
通过共享研究设备、数据和知识，科学家们能够增加实验的规模和精度，以及加快新发现的速度。
例如，欧洲核子中心（CERN）就是一个重要的粒子物理学研究中心，聚集了来自世界各地的科学家和工程师。
6. 实验和理论相结合：粒子物理学研究中，实验和理论密切结合，相互促进。
实验结果提供了对理论模型的验证或证伪。
而理论模型提供了对实验结果的解释和预测。
加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究
重大研究项目加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究ADS启明星1号的“跑兔”系统的设计史永谦，张巍，曹健，罗皇达，权艳慧在ADS(Accelerator Driven Sub-critical System，加速器驱动的次临界系统)中，次临界反应堆在加速器中子源的作用下维持链式裂变反应。
次临界度监测是ADS研究中的一项重要内容，跳源法是测量次临界度的行之有效的方法之一，可以通过切断加速器束流测量次临界反应堆内中子通量的衰减得到。
在研究次临界反应堆中子学的实验中，用同位素中子源代替加速器中子源可以得到部分近似的结果。
本年度，设计加工了专门用于开展启明星1号次临界实验装置跳源实验的252Cf源气动输送系统，即跑兔系统。
该系统由空气压缩机、空气过滤器、油雾器、调节阀、二位五通电磁阀、开关、导气管、气体换向座、锎源及贮存罐等组成。
与通常的跑免系统相比，其特别之处在于通气导管由两根管子套装组成，粗管套在细管外面，前端接导气塞，后端接气体换向座。
粗管与细管之间的空腔和细管内部的空腔用于气体流通。
当把导气管插入启明星1号次临界反应实验装置的源孔道内，中子源就可以在细管内依靠气体的推动在次临界反应堆与贮存罐之间的移动，跳源时间小于0.1 s。
强流RFQ注入系统（LEBT）调试马鹰俊，崔保群，马瑞刚，李立强，姜冲，唐兵，邓金亭，蒋渭生，王荣文在加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统，包括ECR 强流离子源及束流低能传输线（LEBT），从2005年8月移机中国科学院高能物理研究所后，历时半年多时间，解决了由于工作环境改变而带来的一系列水、电、气问题，包括电器系统供电与控制的改造，水冷供给的升级，真空测量和安全连锁的配套等；于2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75 keV、超过60 mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0.13 mrad，引出束流的质子比好于80%。
中考物理基础知识填空重点100题
初中物理基础知识归纳第一章声现象知识归纳1 . 声音的发生：由物体而产生。
停止，发声也停止。
2.声音的传播：声音靠介质传播。
不能传声。
通常我们听到的声音是靠传来的。
3.声速：在空气中传播速度是：米/秒。
声音在传播比液体快，而在液体传播又比快。
4.利用可测距离：5.乐音的三个特征：、、。
(1)音调:是指声音的高低，它与发声体的有关系。
(2)响度:是指声音的大小，跟发声体的、声源与听者的有关系。
6.减弱噪声的途径：(1)在处减弱;(2)在中减弱;(3)在处减弱。
7.可听声：频率在之间的声波：超声波：频率高于Hz的声波;次声波：频率低于 Hz的声波。
8. 超声波特点：方向性好、穿透能力强、声能较集中。
具体应用有：声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器等。
9.次声波的特点：可以传播很远，它主要产生于自然界中的火山爆发、海啸地震等，另外人类制造的火箭发射、飞机飞行、火车汽车的奔驰、核爆炸等也能产生次声波。
第二章物态变化知识归纳1. 温度：是指物体的。
测量的工具是 , 温度计是根据液体的的原理制成的。
2. 摄氏温度(℃):单位是摄氏度。
1摄氏度的规定：把温度规定为0度，把一标准大气压下的温度规定为100度，在0度和100度之间分成100等分，每一等分为1℃。
3.常见的温度计有(1)实验室用温度计;(2)体温计;(3)寒暑表。
体温计：测量范围是，每一小格是℃。
4. 温度计使用：(1)使用前应观察它的 ;(2)使用时温度计玻璃泡要浸入被测液体中，不要碰到容器底或容器壁;(3)待温度计示数后再读数;(4)读数时玻璃泡要继续留在被测液体中，视线与温度计中液柱的上表面相平。
5. 、、是物质存在的三种状态。
6. 熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化。
要热。
7. 凝固：物质从液态变成固态的过程叫凝固。
要热.8. 熔点和凝固点：晶体熔化时保持不变的温度叫 ;。
晶体凝固时保持不变的温度叫点。
晶体的熔点和凝固点相同。
加速器在物理研究中的应用
加速器在物理研究中的应用一、引言加速器是一种将电荷粒子加速到非常高的速度使其具有高能量的机器。
它在物理学研究中的应用大大提高了我们对物质和宇宙的认识。
本文将介绍加速器在不同领域的应用。
二、基础物理研究中的应用1. 加速器的基本原理加速器的基本原理是利用电磁场对电荷粒子进行加速。
加速器有两种类型：线性加速器和环形加速器。
线性加速器将电荷粒子加速到高能量的目标速度，而环形加速器则将它们保持在这个速度上。
2. 粒子和原子研究加速器在研究原子和粒子物理学中起着至关重要的作用。
通过将粒子加速到接近光速的速度，可以使它们具有很高的能量，以便进一步研究它们的行为。
加速器可以用来研究粒子的内部结构和原子的性质。
例如，通过加速质子和中子，并将它们束缚在一起，我们可以使用中子驰豫时间分析（NDTA）来测量样品的物理性质。
3. 宇宙学和天体物理学加速器也可以模拟宇宙中的高能物理过程。
研究宇宙辐射的加速器可以帮助我们了解在太阳、星系或星体中发生的事件。
通过粒子物理学，加速器可以探索从小尺度天体到宇宙尺度的现象并提供新的洞见。
例如，加速器可以模拟黑洞事件的早期阶段和其他高能宇宙过程。
三、医学上的应用4. 放射治疗医学上的加速器是用于放射治疗的一种设备。
通过将高能粒子或辐射束引导到患者的肿瘤上，可以破坏癌细胞并减少其生长。
5. 成像加速器也可用于成像疾病。
这种称为位置发现器的技术使用放射性药物来示踪患者的内部器官，并通过使用探测器测量放射性物质的分布来生成图像。
四、能源和环境保护6. 能源加速器还可以用于核反应堆的燃料研究。
例如，加速器可以模拟核燃料棒中的放射性反应，以帮助开发更有效的核反应堆。
7. 环境保护加速器技术还可以用于环境监测，例如检测土壤或水中的放射性物质含量。
五、结论正如本文所述，加速器在物理学、医学、能源和环保等领域中的应用是多种多样的。
可以预计，未来随着加速器技术的不断发展，它的应用也将越来越广泛。
加速器实验技术及其在基础粒子物理领域的应用
加速器实验技术及其在基础粒子物理领域的应用引言：加速器是一种重要的实验设备，它通过提供高能量的粒子束流，使得科学家能够研究基础粒子的性质和相互作用。
本文将介绍加速器实验技术及其在基础粒子物理领域的应用。
一、加速器实验技术的基本原理加速器实验技术的基本原理是通过对带电粒子进行加速，使其达到高能量，然后用高能量粒子进行实验研究。
加速器通常由加速器部分和实验部分组成。
1. 加速器部分加速器部分包括加速器结构、电磁铁、加速器控制系统等。
加速器结构通常采用圆形环形加速器或直线加速器。
电磁铁用于控制粒子束流的运动轨迹和聚焦。
加速器控制系统则用于调节加速器的参数和监测粒子束流的性质。
2. 实验部分实验部分包括探测器和数据采集系统。
探测器用于探测高能粒子的性质和相互作用，常见的探测器有示踪探测器、电离室、时间投影室等。
数据采集系统则用于采集探测器中的信号并进行处理分析。
二、加速器在基础粒子物理领域的应用基础粒子物理研究旨在探索物质的最基本构成和相互作用规律。
加速器在基础粒子物理领域的应用主要表现在以下几个方面。
1. 粒子加速和撞击实验基础粒子物理研究常通过对高能量粒子进行撞击实验，来研究粒子的性质和相互作用。
加速器能够将带电粒子加速到很高的能量，从而实现粒子撞击实验。
通过观测粒子间的相互作用，科学家可以研究基本粒子的质量、电荷、自旋等性质，并验证理论预言。
2. 高能物理实验加速器可以产生高能量的粒子束流，这使得科学家能够进行高能物理实验。
高能物理实验通常通过对高能粒子的散射、衰变等过程进行研究，来揭示物质的基本性质和相互作用规律，以及探索新的物理现象。
3. 粒子探测技术加速器实验需要用到各种粒子探测技术。
探测器能够对粒子做出各种测量，如位置测量、动量测量、能量测量等。
粒子探测技术的发展使得科学家能够更准确地测量粒子的性质，进而推动了基础粒子物理研究的进展。
4. 新物理发现加速器在基础粒子物理领域的应用也产生了许多重要的新物理发现。
PET物理基础
光子P2发生衰减计算是：
两个光子发生衰减情况PC是：
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2．正电子发射和湮灭产生
含有富质子同位素通过正电子衰变，在核内质子通过衰变成为正电子和中子。下表是能够衰变产生正电子的放射性核素。
同位素
C-11 N-13 O-15 F-18 Rb-82
半衰期 （分钟）
20.3 9.97 2.03 109.8 1.26
最大正电子能量 （Mev） 0.96 1.19 1.70 0.64 3.15
● 计算方法衰减校正：假设人体组织的衰减是均匀的，不存在差异。选择阈直确定人体轮廓后就能进行衰减校正计算。 ● 测量方法衰减校正：这种方法采用两个Ge-68（一般5-10Mci）放射源穿透人体后得到人体组织衰减系统图，用该衰减系统图进
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NM/PET - <b>核医学基础</b> - PET物理基础
A.电子准直器探测
电子准直器的探测和每个探测器大小以及晶体的厚度有关系。特别是灵敏度和晶体的大小成正相关性。 B．准直器探测
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加速器物理acc_phys_n（ＰＤＦ）
加速器物理学第一章绪论内容与目的：针对核技术及应用学科（加速器）学生及其他感兴趣者，主要，①系统地认识各类加速器的主要组成部分、功能、参数，概念清楚；②学习加速器的基本理论，线性理论下束流横向运动与纵向运动的稳定性，流强怎样提高及主要物理参数，在老师指导下能进行简单的计算和设计；③准备将来从事加速器研究、计算、设计、制造、运行。
基础知识：四大力学，主要是电动力学，特别是微分方程求解，会利用特殊函数。
掌握的几个方面：1、基本原理应用；2、基本理论，线性理论下的横向运动与纵向运动；3、主要类型，有些很少提到；4、加速器的新动向、新原理。
用的都是国外提出的原理，中国还没有提出过。
5、通过参观、实习、运行学习。
参考书：1、陈佳洱等著，加速器物理基础；2、徐建铭著，加速器原理；3、王书鸿著，质子直线加速器原理；4、姚充国著，电子直线加速器；5、M. Livingston, Particle Accelerator, 1962；6、J. J. Livingool, Principle of Cyclotron Accelerator；7、谢家麟著，加速器与科技创新，2000；8、H. Wiedemann, Particle Accelerator Physics, 1998。
9、叶铭汉著，静电加速器。
本科生的相关课程，如电磁学（赵凯华著，伯克利教程，科大物理口的教材）、电动力学（曹昌祺著，郭硕洪著，杰克逊著中文或英文版），研究生的相关课程：高等电动力学。
§1.1 加速器发展概况带电粒子加速器的发展及其原理，来源于基本物理现象理论与试验的进步。
而粒子加速器试验研究仅起步于上世纪，它依赖于对电磁现象基本物理的理解，这一部分主要是在十九世纪期间和二十世纪初在理论和试验两方面探索所进行的。
在此引言中，我们将简洁地回顾导致粒子加速器发展、应用的历史，并引入基本定义和支配粒子束流动力学的公式。
§1.1.1 加速器产生的历史背景及其在近代物理学中的作用[1]粒子加速器的历史与发展，与荷电现象的理解和发现有关，也与灯炮中一些单个粒子所具有的特殊性质携带的电荷密切相关。
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高压加速器类型及应用
15
1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
高频高压加速器(Dynamitron)
端电压： 0.4-4.5 MV 特点：输出能量高、输出电流大、束流品质较
好，高压纹波小，稳定可靠，束流功率可达 150KW，但电源利用率低，总效率一般不超过 40%
7
6
1 4 2 5
串列高压加速器
1.3 高压加速器的发展
加速器物理基础
许多加速器加速粒子，高压电极只被利用一次——单级加速器 如果让粒子多次加速，就能得到更高的能量——串列加速器
串列加速器是在静电加速器的基础上发展起来的。
高压电极2由高压电源1获得正高 压，粒子源3产生负离子。负离
子被电场加速到高压电极后，经 过一个固体薄膜或一段低压气体
常被用作增能器)
高压加速器类型及应用
14
1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
倍压加速器
端电压： 0.1-4 MV 特点：束流品质及能量稳定度较静电加速器差
，但负载能力大，可加速各种粒子，提供连续或脉 冲束流
主要用途：质子与重离子直线加速器的注入器
，中子发生器，离子注入机，电子辐照等
课后习题
2
过度页
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高压加速器类型及应用 高压发生器 绝缘磁芯变压器 高压电场与绝缘介质 加速管 高压加速器的其他技术
利用利用直流高压电场来加速带电粒 子的加速器。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。
课后习题
3
1. 高压加速器类型及应用
按照高压电源类型不同： 静电加速器 倍压加速器 高频高压加速器 绝缘芯变压器型加速器 强脉冲加速器
高压加速器类型及应用
12
1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
静电加速器
端电压： 1~35 MV 特点：束流品质好，发散度与能散度小，能量
稳定度高，能量可在很宽范围内精细调节，可加速 各种粒子，提供连续或脉冲束流
高压加速器类型及应用
5
1.2 高压加速器的结构
加源、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组成。 2
3
4 3 1 5 6 单级高压加速器
高压加速器示意图 1——高压电源；2——高压电极；3——离子源（电子枪）； 4——加速管；5——绝缘支柱；6——束线；7——电子剥离器。 高压加速器类型及应用 6
高压加速器类型及应用 10
1.3 高压加速器的发展
加速器物理基础
后来，电压受到加速管耐压性能的限制。1946年美国一台静电 加速器在未安装加速管前可达到14MV高压，但是试验时加速管只
能耐压5MV。 50年代中期，由于端电压的进一步提高受限于加速管，串列加 速器得到重视。20世纪30年代已经提出串列加速器想法，没有合 适的负离子源被搁置。 50年代中期用电荷交换的方法得到了20uA的H 束，为串列加
主要用途：核物理与中子物理实验研究，用作
回旋与质子同步加速器的注入器，材料分析，高能 离子注入等
高压加速器类型及应用
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1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
静电加速器
粒子能量进一步提高的四种途径： 提高端电压
采用多次剥离
采用多级串列 使用后加速增能器(回旋加速器和直线加速器常
高压
加速器
概述 高压发生器 高压电场 绝缘介质 加速管 高压加速器 其他技术 姜 灿
目录页
Contents Page
高压加速器类型及应用 高压发生器 绝缘磁芯变压器 高压电场与绝缘介质 加速管 高压加速器的其他技术
学习目标：
了解高压加速 器的主要类型 及应用 掌握几种高压 发生器的结构 及原理 掌握高压电极 系统的结构 掌握加速管结 构及锻炼方法 了解高压加速 器的其他技术
加速器物理基础
高压加速器出现于20世纪30年代初，70年代发展特别迅速。 I.静电加速器在高压加速器中占有重要地位。静电加速器的发展主 要围绕提高端电压，从而提高粒子束能量进行。 早期，电压受到高压电极火花放电的限制。对与大气型静电加 速器，作为绝缘介质的空气击穿场强为30kV/cm。E=V/r 1933年范德格拉夫建造高压电极直径达4.57m的静电起电机。
一．什么是高压加速器
二．高压加速器的发展 三．高压加速器的主要类型及应用
加速器物理基础
高压加速器类型及应用
4
1.1 什么是高压加速器
加速器物理基础
利用直流高压电场来加速带电粒子的加速器。 一个电荷数为q的粒子，通过电位差V时，如果没有能 量损失，则粒子所增加的动能为 △W=qV，(单位eV) 有时用归一化电位来描述粒子的动能，Vn=W/q 根据上述公式，可知提高粒子的能量有两种方式： 采用多次剥离提高电荷态（提高粒子电荷态） 提高端电压 提高粒子能量另外两种方式 采用多级串列加速(多次加速) 使用后加速增能器(回旋加速器、直线加速器常被用 于此）
(电子玻璃器7)，被剥除若干各 电子而转变为正离子。正离子再 次被同一电场加速。最终增加的 动能为(负离子的稳定电荷为1)
△W=(1+q)V 高压加速器类型及应用
3 1 4
7
6
2
5
7
二级串列加速器
加速器物理基础
高压加速器类型及应用
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三级串列加速器
加速器物理基础
高压加速器类型及应用
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1.3 高压加速器的发展
-
速器创造了条件。 1958年美国高压工程公司建成第一台串列静电加速器，被加速
的质子最高能量13.4MeV。60年代中期该公司先后建成了7.5MV 的FN型和10MV的MP型串列静电加速器。
高压加速器类型及应用
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1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
II.60年代后，辐照工业日益得到重视，提高束流强度和功率称为 发展的重要目标。产生了多种高压加速器。
只获得2.4MV正高压和2.7MV负高压。(增大高压电极直径) 同时，赫布(Herb)等开始探索提高电压的另一条途径——改变绝
缘介质。将190kV静电加速器安装在封闭钢筒内，
对钢筒抽真空——电压略有上升
对钢筒充0.4MPa空气绝缘——电压上升到750kV
最终通过提高气压、加入氟利昂、在高压电极外增加中间电极 等措施，1940年将静电加速器电压提高到4.5MV。