第二章-高压加速器1
2.1、概述
1、高压加速器
利用直流高压电场来加速带电粒子的加速器。W ZeU 高压加速器一 般由高压电源、 加速管、离子 源或电子枪、 高压电极、绝 缘支柱等设备 组成。
2、两种典型的高压型加速器 高压倍压加速器 高压静电加速器
倍压加速器的发展历史
1931年，柯克洛夫特—华尔顿 首次建成了高压倍加速器， 1932年第一次应用此加速器产 生了700KeV的质子束，实现 了第一次人工加速器粒子束引 起的核反应。 高压倍加速器在核物理研究的 初期，发挥了重要作用。 由于其结构简单，能加速强流 束，至今仍被广泛使用。
r0
r
R
孤立球： E(r0 ) E击穿，V Vmax E击穿 r0
2.2、高压加速器的耐压措施
2、采用高压气体—密封钢筒式结构
V 圆球部分：E ( r0 )球 1 2 1 r0 ( ) r0 R 圆筒部分：单位长度上 电荷量为q
ql q E ( r )筒 2rl 2r
静电加速器的发展历史
1931年，范德格拉夫发明了带型 静电起电机。 1933年，一台1.2MeV质子静电 加速器建成，首先在这台静电加 速器上观察到了共振核反应 7 Li( p, ) 8Be 441.2KeV（共振峰） 19 F ( p, ) 16O 872.5KeV （共振峰） 现应用这两个共振峰来校准加速 器的能量。 1955年开始，发展串列式静电加 速器
2
圆筒部分： V筒.击穿 R E击穿 r0 ln r0
1 r0 时， R 球 2 R V球.击穿最大，为E击穿 4
1 r0 一般取 接近于 2 R
1 r0 时， R 筒 e R V筒.击穿最大，为E击穿 e
2.2、高压加速器的耐压措施
1 q R V E ( r )筒 dr dr ln 2 r0 r 2 r0 r0
R
D
q
R
E ( r )筒
V R r ln r0
r0处，E ( r0 )筒
V R r0 ln r0
2.2、高压加速器的耐压措施
2、采用高压气体—密封钢筒式结构
圆球部分： V球.击穿 1 1 E击穿 r0 ( ) r0 R
可见，要提高Vm，必须提高 加速器系统的Vc和Im，减小I漏， 而这些都与绝缘介质的绝缘性能 有关。 充气和均压是解决问题的有效 途径
此时电压达到最大稳定值Vm。
1、静电起电机
2.3、静电加速器
2、静电加速器的加速管
一般采用平板式电极结构的均匀场加速管。 加速管耐压的几个 问题 绝缘环表面爬电
* 高压电瓷（75瓷） 约3kV/cm）； * 95瓷， 约5kV/cm 间隙的完全击穿 * 均压以防局部放电 * 加速电场梯度取值要 合适，一般真空击穿 电场：100kV/cm
2、静电加速器的加速管
不完全击穿→“全电压效应”
加速管加到一定的电压阈值，管内 突然出现大量反向电子流，并伴随有X 射线，电子流很快超过加速器最大负 载电流，电压急剧下降，造成不完全 击穿，称为“全电压效应”或电子负 载现象。 解决办法：抑制电子负载。 办法一：小孔加速管，抑制电子倍增 办法二：采用斜场加速管 办法三：磁抑制加速管 办法四：加速管两端加抑制电极
# 喷电过程 : 喷针电附近产生强电 场→ 气体电晕放电→负离子向喷 电针→ 正离子被推向输电带，附 着在输电带上，与输电带一起向 上运动。 # 刮电过程：在刮电针排附近也 形成强电场气体电离正离子流向 向针排，负离子流向皮带，中和 带上的正电荷。
1、静电起电机
充电电压和输电电流
若高压电极对地电容为Ｃ，积累的电荷为Ｑ，则高压极 对地电压V ：
2.2、高压加速器的耐压措施
1、设置高压球壳
Q E (r) 4r 2
R
球间任意半径r处场强
D
r0
r
R
Q V E ( r )dr 4 r0
V E (r) 1 2 1 r ( ) r0 R
1 Q 1 1 dr ( ) 2 r 4 r0 R r0
孤立球：R 时，E ( r ) 2V
3、设中间高压电极
1 1 没有中间电极时： V E ( r0 )r0 ( ) r0 R 有中间电极时：
' 0 2
2 1 1 1 1 2 1 2 1 V0 E ( r0 ) r2 ( ) r1 ( ) r0 ( ) r1 r2 r0 r1 r2 R
r0 1 r1 r2 取 , 0.67, 0.84 R 2 R R V0 1.58 ' V0
r / r0
R
2.2、高压加速器的耐压措施
1、设置高压球壳
设置球壳后球表面处场强
V E ( r0 ) 1 2 1 r0 ( ) r0 R
V 有球壳时，当 r0 R / 2时， E ( r0 ) min R/4 1 ' ' E ( r0 ) min E击穿，V Vmax E击穿 r0 2
加速管的聚焦作用
2、静电加速 器的加速管
3、 串列式静电加速器
静电高压加速器所能加速的离子的最高能量，受到静电起电 机所能达到的最高电压及加速管耐压的限制。（6～8MeV:P） 为了进一步提高加速粒子的能量，发展了串列式静电加速器。 又称多级静电加速器。其中最基本的为两级串列加速器，两级以上 如三级和四级串列加速器，不过是由两台两级串列加速器（或由一 台两级串列加速器和一台单级静电加速器）组合而成的加速系统。 这种提高静电加速能量的方法，早在 20世纪 30年代就已提出， 直到负离子源和原子的剥离技术取得成功之后，才于1958年建成了 世界上第一台加速质子能量为13.4兆电子伏串列加速器。 由于这种加速器保持了静电加速器的原有特点，又提高了能量， 离子源装在加速器地电势处, 调节、更换零件都方便,又便于加速多 种粒子，所以发展得很快，60年代达到了它的全盛时期。到1986年 时,运行中的串列加速器端电压达5兆伏以上的约有70台。
m
b
1、静电起电机
电压的限制和提高
起电机所能达到的最高电压与很 多因素有关。有以下方程：
Vm一般有下列经验公式：
Vm Vc (
I m I 束负载 I 漏 d
)
dV 1 dQ 1 i有效 其中，Vc为临界电压（电晕放 dt C dt C i有效 i充 i总负载 i充 (i束负载 i漏 i电晕 ) 电和电子负载）；d为比例系数 （与诸多因素有关）。
西安3MV AMS设备总体布局
3、串列式静电加速器Fra bibliotek基本结构# 充气钢筒及绝缘气体循 环处理系统； # 负离子源； # 加速管； # 电子剥离器； # 起电机；
# 分析磁铁及束流后传输系统 # 真空系统
3、串列式静电加速器
工作原理
从负离子源产生负离子束，经过预加速、分析磁铁注入串列加速
器的一根加速管，由于加速器的高压电极为正高压，粒子朝高压 电极方向被加速一次。当负离子进到高压电极内部时,经过电荷 剥离器转变为带有N个电荷单位的正离子（N一般称粒子的电 荷）。而后,正离子进入第二根加速管中，又受到正高压的排斥 力，第二次被加速，经过两次加速，粒子获得的总能量为： E＝ 2qV
Q V C dV 1 dQ dt C dt
i有效 为起电机有效充电电流
i有效 i充 i总负载 i充 (i束负载 i漏 i电晕 )
当 i充 i总负载 时，即
i有效 0
则
dV 0 即 dt
V 常数
高压电极对地电压达到稳定值。
1、静电起电机
输电电流的限制和提高
加速器原理
The Principles of
Accelerators
成都理工大学 2013年9月—12月
讲授内容
第一章：绪论 第二章：高压加速器 第三章：感应加速器 第四章：回旋加速器 第五章：自动稳相原理 第六章：环形准共振加速器
第二章 高压加速器
2.1、概述 2.2、高压加速器的耐压措施 2.3、静电加速器 2.4、倍压加速器
静电加速器主要由以下几 部分组成：静电起电机 （喷电电源、喷电针、输 电带、刮电设备（针）、 高压电极）；离子源；加 速系统；束流后传输系统
2.2、静电加速器
1、静电起电机
静电起电机是一种利用输电 系统将电荷传送到高压电极 的装置。 • 组成：喷电电源、喷电针、输
• 工作原理：
电带、刮电设备（针）、高压电极。
2.2、高压加速器的耐压措施
3、设中间高压电极
在内筒与外筒壁间设置多级高压电极，使空间 电场均匀分布，从而提高击穿电压 各电极外表面电场强度： V0 V1
V2 E ( r2 ) 1 2 1 r2 ( ) r2 R V1 V2 E ( r1 ) 1 2 1 r1 ( ) r1 r2 E ( r0 ) 1 1 r0 ( ) r0 r1
2
使E ( r2 ) E ( r1 ) E ( r0 ) 2 1 1 1 1 2 1 2 1 V0 E ( r0 ) r2 ( ) r1 ( ) r0 ( ) r1 r2 r0 r1 r2 R
2.2、静电加速器
静电加速器是高压加速 器的一种，具有束流品 质优良、能量连续可调、 单色性好等优点，是低 能核物理及带电粒子与 物质相互作用研究的一 个重要工具。
是低能核物理及核分析、注入等的理想工具，同时可作为大 型加速器的注入器。
5、静电加速器应用
核物理研究； 粒子束与物质的相互作用； 粒子束分析（前散射、背散射分析）； 加速器质谱（AMS- accelerator mass spectrometer ）。
加速器物理基础
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
Transition 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
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
加速器原理-高压发生器
串激式
并激式
N级并激倍压线路
充放电回路皆并联，不通过其它电容， 理想条件下V=VCN=NVa
困难： 电容耐压~MV 60年代Cleland利用电 极间分布电容解决了 耐压问题，结构如右 图，利用分压环与高 频电极间的分布电容， 均为半环，交替充电。
绝缘磁芯高压电源
端电压0.3～4MV 纹波 大，重量大，但电源利 用率高，价格低
值定义为电压波动 V 。
V N (N 1) i
4 fC
充电阶段
Q
Q Q
Q 2Q
2Q Q 3Q
3Q
C3获得Q,C2获得2Q,C1获得3Q
放电阶段
Q Q
Q
Q
2Q
2Q
Q
R
3Q
3Q
Q
对辅助电容充电:C2流失Q, C1流失2Q
加上向负载上的放电:C3流失Q, C2流失2Q, C1流失 3Q,充放电电荷流动量达到平衡.
充电电源功率小
纹波小、稳定度高 缺点：源自梯式：两条输电链接金属板单链的输电能力弱 多链
驱动功率小，带不动发电机 另外的传动轴
4）梯式输电系统可克服上述二个缺点，但风耗大。
高频高压发生器
高频高压发生器采用负载良好的并
激耦合倍压线路来产生直流高压。实际 上是倍压电路的另一种接线方法，也叫 “并激倍压发生器”
第二节 高压发生器
串激倍压电源 串激倍压电源是一种对低频交流电压进行多级倍 压整流线路。
组成 变压器 整流器（硅堆） 主电容（柱） 辅助电容（柱）
对于N级倍压线路，若变压器次级电压的幅值为 Va。
空载运行，理想条件：无内阻
无漏电
电容柱经反复充电，电压逐步上升，输出电压 可达：V = 2NVa。
加速器原理-第3章
mm
不同气体的击穿电场强度相差十分悬殊，惰 性气体最差，而负电性气体最好。 负电性气体是指含有氧、氟、氯等负电性原 子的气态化合物。这些气体分子容易吸附电 子而成为稳定的负离子，从而削弱了电子倍 增过程。 目前在加速器中应用较为广泛的气体有：氮 气、氮气与二氧化碳(一般占20％)的混合气 体、上述气体与少量六氮化硫的混合气体、 以及纯六氟化硫。 常用的固体绝缘材料：玻璃、陶瓷、有机玻 璃、聚矾等。
第5节 高压加速器的其它技术
1. 粒子能量的测量
粒子的能量一般用分析器测量。主要有三种分析 器：静电分析器、磁分析器和交叉场分析器。 分析器的用途: 束流成分分析（不同粒子不同电荷态） 束流能量测量（能谱中心能量） 束流能散测量（能谱宽度）
2. 电子剥离 在串列加速器中，离子源所产生的负离子被 加速到高压电极后，要经过电子剥离器转变 为正离子，再继续加速。 剥离器有两种：气体剥离器与固体剥离器。
第4节 加速管
1. 基本结构
（1）对加速管的要求 有良好的真空性能，高气压环境下能维持较好的真 空度； 有足够的机械强度； 对束流有聚焦作用； 耐高电压（电场匀整）； 有过电压保护措施。
（2）类型 加速管由一段段的绝缘环与金属片交叠封接 而成。这些金属片称为加速电极。 在大气压下工作的加速器，如大多数倍压加 速器，遇常加速管较长而平均电位梯度较低。 这种加速管往往分段较少，每段的长度为十 几到几十厘米。其加速电极是长圆筒形，电 极长度较电极间隙大很多。在这种加速管中， 电场集中在间隙附近，在圆筒电极内部几乎 没有电场，粒子通过时仅以恒定速度漂移， 因此这种加速管被称为带漂移管的加速管(大 气压型)。 电位梯度<1MV/m。
固体剥离器可以是固体薄膜（例如几十μg／ cm2的碳箔）。 气体剥离器是一段细管，其中充以一定压力的 气体（例如氩气，压力为～1Pa）。 气体剥离器与膜剥离器的比较：
加速器
高频高压加速器又名“地那米”加速器，它是一个用高频振荡器并联驱动，串级整流的系统（又称并激耦合的倍压电路）。
能将低压交流电转变成高压直流电，电感应而不是磁感应，把能量传输给每个整流器，这一基本思想是“地那米”加速器成功发展成高功率、高电压、直流发生器的原因。
DD型电子辐照加速器是一种高频高压电子辐照装置，作为工农业生产用的辐照源，它的主要组成部分包括：高压电源系统、加速管、电子枪、引出扫描系统、真空系统、SF6气体处理系统、辐射防护监测系统和控制系统等。
加速器总体结构图
工作原理
由高频振荡管、高频变压器和高频电极及其对钢筒、倍压器芯柱之间形成的分布电容组成一个高
频振荡器，它在两个高频电极之间产生300KV以上的高频电压。
这一高频电压通过高频电极与芯柱上的半圆电晕环间的分布电容和芯柱内的整流硅堆组成的并联耦合串联倍压系统，在高压电极上产生所需的直流电压。
从高压电极内的电子枪产生的电子流在此负极性电压作用下通过加速管时得到加速，从加速管中出来的高能电子束由磁扫描器在水平方向进行扫描，然后穿过钛窗对产品进行辐射加工。
高气压钢筒内充以SF6气体以保证加速器的高电位梯度。
加速器主体电路简图。
加速器原理-高压加速器的其它技术
2）磁分析器 属于动量分析器，适合于在高能量情况下使用。
或
3）交叉场分析器 属于速度分析器，适合于在低能量情况下使 用。沿轴线运动的粒子所受电场力与磁场力 合力为零，其速度
或
分析器的用途
1）束流成分分析（不同粒子不同电荷态） 2）束流能量测量（能谱中心能量）
系相对测量，需用核反应校正。 原因：边缘场影响难以定量 3）束流能散测量（能谱宽度） 分析器的分辨本领
其特点为： 1）包络呈以平均电荷态为 中心的高斯分布
对于Zi较大、能量不是很低 的情况， 与 无关
平衡电荷态呈非 对称分布。
2）由高斯分布可推出最大剥离效率 一些离子的最大剥离效率
3）固体剥离介质的平均电荷要高于气体 剥离介质的，其半经验公式为
为玻尔速度
对膜剥离
对气体剥离
故剥离是一个速度相关的过程，而非能量相关的过程。
例：剥离引起的Ar+离子束的能散
以上各项结果多是基于实验测量的半经 验公式，理论尚难以准确预言。
4. 剥离器 1) 气体剥离器与膜剥离器的比较
故各有优缺点
鉴于剥离膜的寿命有限，串列加速器的膜剥 离器均有膜更换装置，可预装数百片膜。
2) 循环气体剥离
剥离气体进入加速管，会使加速管真空度下降， 从而影响束流传输。在低能加速管中可引起束流 中性化，在高能加速管中的电荷交换可改变粒子 的能量。
与偏转半径、漂移距离、缝宽等因素有关
3. 端电压的稳定 1）系统组成������ 误差信号拾取装置������ 电子反馈放大电路������ 电压调节控制机构 2）误差信号拾取装置������ 旋转伏特计（电压慢变化）������ 电容拾波板（电压快变化）������ 分析器像缝（束流能量变化）
加速器原理 第二章 粒子源与束流品质
第二章 粒子源与束流品质
引言
★ 粒子源是产生并注入被加速粒子的装置，是加速器的
第一个元件。
★ 根据所产生的粒子种类分为电子枪和离子源。 ★ 粒子源的束流品质直接影响加速器的束流性能指标。
§2.1 电子枪
概述：
★ 电子枪是产生电子束的装置件，用来为加速器提供电子束。
★ 电子枪按工作原理分为热发射式电子枪和场致发射式电子
§2.2 离子源
1、概述
2) 离解、电离及复合过程
离解是指分子在载能电子的作用下离
解 成原子；电离是指分子或原子在载能
电子的作用下电离形成离子。以氢为例
给出其典型的离解和电离方程。
2H2 e 21H e
1H e H 2e
2H2
e
H 2
2e
（离解过程） （电离过程） （分子离子）
2H e 2H 3e （原子离子）
枪。
§2.1 电子枪
1、热发射式电子枪
1）热发射枪的结构如图所示；
2）组成：发射极（阴极）、聚焦极（栅极）
和引出极；
3）发射极（阴极）： 阴极一般由低逸出功的
材料制成，由电源加热，发射出热电子。
要求阴极材料的电子逸出功要低、熔点要
高、蒸发率要小、不易中毒。
常用的阴极材料如：
钨 （逸出功：4.55eV），
复合过程是指离子捕获电子形成中性
原子或分子的过程。 离解、电离及复合是一动态过程，当
电离过程与复合过程达到动态平衡，放电 就达到了平衡，稳定的等离子体就形成
了。
3）等离子体的密度 等离子体的密度是离子源的重要参 数。 等离子体的密度越高， 引出的离 子束流就越强。提高等离子体密度的 办法，一般是在放电室加一轴向磁 场，其主要作用为： a ）使电子作螺旋运动，提高电子
加速器原理与工程应用研究
加速器原理与工程应用研究第一章引言加速器是一种重要的物理学工具，能够加速粒子的速度，研究原子核、基本粒子等微观世界。
加速器在原子核物理、强子物理、物质科学、生命科学等多个领域都有应用。
本文主要介绍加速器的原理和工程应用研究。
第二章加速器基本原理加速器是一种物理学工具，它的基本原理是利用一定的电场和磁场，加速并定向带电粒子的运动，使它们获得足够高的动能而进入受控的路径。
粒子在加速器中运动时，其轨迹一般为螺旋线，同时由于加速的惯性力和场中粒子受力的方向关系，粒子运动先后会有一个短距离的向心运动和一长距离的离心运动。
在离心运动过程中，粒子会受到非常强的离心力作用，从而导致其强烈发射电磁波。
加速器的基本原理是从当代物理学中发现的。
19世纪六十年代，人们发现了质子和其他粒子被加速后会产生辐射现象。
随着科学技术的不断发展，人们不断探索更高的粒子能量。
随着现代加速器技术的发展，人们已经能够将带电粒子的速度加速到几乎接近光速，从而实现了更深入的微观探测。
第三章加速器应用和工程分类加速器应用非常广泛，特别是在原子核物理、强子物理、物质科学、生命科学等领域中得到了广泛应用。
在应用中，加速器根据其设计和使用区域被分成不同的类型，如下：1. 威逊氢气泡室：用于探测质子，发现了新型强相互作用介子。
2. 费米实验：沉积高能粒子，以检测其物理特性。
3. 超导爆震冷却器：用于在大型加速器上产生超导电流进行冷却，从而提高粒子束流的强度。
4. 国家同步辐射实验室：利用同步辐射的特性，提供高分辨率、非常光滑的表面成像、晶体分析以及其他多种成像和分析。
5. 应用现代加速器对材料进行研究：从分子到大型物质，人们可以利用加速器进行原子层解析、表面分析、微区试验以及其他多种实验。
6. 放射治疗：普遍应用X射线、质子和重离子治疗多种癌症，提供了治疗良好的替代方案。
第四章国内外加速器发展目前，世界各地正在进行多种类型加速器的研究和开发。
一些重要的加速器工程和研究发展如下：1. 现代加速器：这些加速器当今处于技术的顶峰，具有大能量、高亮度和超高粒子束强度的特点。
加速器第2章
在束流传输过程中，只有当粒子能量不变时，发 射相面积才是守恒的 。为了便于比较不同能量粒 子束的发射度，引入“归一化”发射度。 A n n 归一化发射度
相对速度
0 相对能量 p m0c
p mv 2m W
A A
n n
W v
三、亮度
引出系统 引出系统的要求是: 1) 能引出强的束流或具有高的引出效率； 2）引出的束流具有优良的品质； 3）具有适当的气阻。（放电室内是低真空，气压为0.1—
10Pa。加速管内则须保持高真空，气压低于10-3Pa ）
引出过程：等离 子体是良导体其 电位基本与阳极 电位相等
结构：
（a） 皮尔斯系统， 保证引出平行的离子束。
A
实用单位是米.弧（m· rad）
2.刘维定理 表述：带电粒子在保守力场和外磁场中 运动时，相空间内粒子代表点的密度在运 动过程中将保持不变。即：粒子群在相空 间中的行为像不可压缩的流体。
由刘维定理得出的两个推论： 1，运动过程中粒子数守恒，粒子在相空间代表点 的密度也不变，所以相空间内代表点所占相体积 也不变。 2，当粒子束沿 x, y , z 三个方向的运动互不相关时， ( x, px ), ( y, py ), ( z, 三个相平面 pz ) 粒子束分别在 内的代表点所占据的相面积在传输过程中也都各 自守恒不变。
（b）锥形离子束引出系统 （c）扩张杯引出系统 ，发射面形状好，降低引出 电场避免电场击穿。
聚焦电极 （以双筒电极为例）
（z<0）处受电场的聚焦作用，（z>0）则受电场的 散焦作用。
第三节 一 离子源的分类
离子源的主要类型
1电子碰撞型 具有一定动能的电子撞击气体分子产生等离子体， 再用电场从等离子体中引出离子束。所以又叫等 离子体源。 2固体表面电离型 电离发生在紧靠固体的表面。电离过程可以靠（1） 热能维持，（2）外部离子束、电子束轰击来维持。 （1）原理：电离能较低的元素粒子（碱金属和稀 土金属类）碰到高电离能的金属（如钨，铂，铱等） 表面时，就会使该元素的原子失去电子而成为离子。 这一原理制成的离子源能得到品质好，纯度高的离 子束，但粒子种类少，束流强度低 。
加速器原理-概述
高压加速器：利用直流高压电场加速带电粒子
组成：高压电源 高压电极 离子源 加速管 绝缘支柱 靶 电子剥离器
高压加速器按高压电源的类型的不同，可分为： 倍压加速器；静电加速器；高频高压加速器；绝缘 磁蕊变压器型加速器；强脉冲加速器；电子帘加速 器等。
粒子能量的提高： ΔW=qV
1. 提高高压V 2. 提高离子电荷态q 3. 多次加速
串列加速器ΔW=(1+q)V
负离子注入，头部电子剥离；高压电场可重复利 用，质子能量可提高一倍，重离子剥离后取高电荷 态。
串列加速器不能加速电子，只能பைடு நூலகம்速离子。
核心问题是提高高压。
30年代1MV→80年代20MV（90年代法国人冲 击35MV，未获成功）
早期电压主要受到高压电极火花放电的限制，空 气的击穿场强(E=V/r)约为30ＫＶ／㎝
倍压加速器 端电压(MV) 0.1-4 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
高频高压加速器
端电压(MV) 0.4-4.5
特点 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
主要用途
表面涂层固化辐照
强脉冲加速器
端电压(MV) 1－12
特点
脉宽50－100ns，脉冲功率可达1013W, 加速强电子束，并可产生短脉冲强X 射线及韧致辐射
主要用途 闪光照相及模拟核武器效应
主要用途 电子辐照，也可供核物理实 验及分析用
绝缘磁芯变压器型加速器
端电压(MV) 0.3-4
直流高压型加速器
直流高压静电型加速器直流高压型加速器主要包括以下两种类型的加速器：柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器和静电加速器亦称范德格拉夫加速器。
范德格拉夫加速器其基本原理十分简单．如下图所示，一台直流高压电源作为静电起电器通过电晕针向绝缘的皮带上喷电，由马达带动皮带向一个绝缘良好的中空的金属球状电极传送电荷．高压电极中也是由一排电晕针采收集电荷、这样高压就建立起来所以说高压的获得是直接从机械能转化而得的．事实上，根据这个原理制成的玻璃或胶木转盘静电发电机已有百年以上的历史．加速器的输电带B由绝缘性能良好的涂橡胶的丝带制成，用数十千伏的高压直流电源通过一排针尖A1对输电带喷正电荷，并不断输送到电极内部，由A2将电荷吸下并堆积在球壳的表面．随着输电带的转动，电极所堆积的电荷Q越来越多，高压电极上的高压(亦称“端电压”)V＝Q／C其中C为高压系统对地电容．一般来说电压可以达到数百万伏(MV)．美国橡树岭国家实验室(ORNL)的一台静电加速器，其端电压可达25MV．在高压电极和地之间安装一根长的“加速管”，管内为真空，管上有分压装置，使高压能在加速管上均匀分布．在腔内圆球体内部配以离子源就可以产生具有MeV能量的离子．静电加速器可以产生：能量为MeV的P，D和α“粒子．它的优点是能量稳定性好，且连续可调．劳伦斯回旋加速器回旋加速器的结构如图4—3所示．它最基本的构件是两个加速电极．(D形盒)，它们好像是一个扁形空心罐头，被对称地一分为二．每个部分像个字母D，然后稍稍分刀：一小间距，安放在真空中，整个真空室置于强磁场中，两个0形盒之间加上高频高压(10kV一200kV 之间)。
当正离子从离子源引出时(A点)，电场方向从0z指向D1，粒子在间隙中受到加速进入Dl盒中，由于金属盒内无电场存在，但置于磁场中会作匀速圆周运动，走一个半圆弧形路径．只要合适选择加速电压的频率，到达。
B点时，电场指向正好相反，粒子在D形盒的问隙中将又一次得到加速，这样反复加速，能量不断提高。