电子感应加速器
加速器简介
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。
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。
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
电子感应加速器
轨道半径为84cm，电子运行的路程是多少？
dB dt
电子轨道
真空 室
ev B
解(1) 在磁场变化一个周期中，只有 1/4的周期内才能满
v
Ei
足磁场力为电子提供向心力和电子在圆轨道上被加速这
样两个基本要求。
(2) 要维持电子在环形真空室的恒定圆形轨道上加速，应该
使向心力随电子的速率增加而相应增加，由此可以推导出磁 场分布情况所满足的条件。 设半径为r的圆周内磁感应强度平均值为 B 则由电磁感应定律可知
电子轨道
真空 室
ev B
v
Ei
（1）电子感应加速器中，在磁场变化一个周期中，电子被加 速的时间有多久？
（2）要使电子维持在恒定的圆形轨道上加速，磁场的分布应
该满足什么条件？ （ 3 ）若电子加速的时间是 4.2ms ，电子轨道内最大磁通量为 1.8Wb ，试求电子沿轨道绕行一周平均获得的能量。如果电 子最后获得的能量为 100MeV，电子绕行了多少周？如果电子
dB dt
dB Ei 2 r r dt
2
ev B
感生电场强度为
r dB Ei 2 dt
v
Ei
另一方面，由动量定理 ，在dt时间内，电子动量增量为
r d ( mv ) eE i dt edB 2
积分得
B mv er 2
v2 evB m r
( 2)
d d i B dS dt dt S
B L EK dl S t dS
感生电场与变化磁场 的关系
结 论
（1）变化的磁场能够激发电场 （2）感生电场的环流不等于零，表明感生电场为涡旋场
加速器原理-第4章
在电子感应加速器中，磁 场的分布是轴对称的，所以涡 旋电场的形状是封闭圆。根据 楞茨定律，电场的方向应与磁 感应强度增长方向的右手螺旋 方向相反。 符合一定条件的电子，被 涡旋电场连续地加速，经过多 次的积累得到了较高的能量。 如果在整个加速过程中，电子 能围绕祸旋电场的封闭圆运动 达百万圈，那么即使电子每转 一圈只获得数十ev的能量，其 最终能量也能达到数十Mev。
现在常采用的偏移方法是围绕加速器中心垫片绕 几匝导线，并通以不同方向的脉冲电流，使中心加速 磁通突然地增大或减小，而轨道磁场仍按常规上升。 这将导致平衡轨道收缩或扩张，使电子进入引出装置 或打内靶。这种偏移方法的优点是： 1）调节脉冲电流的时间，就可以改变电子偏离平衡 轨道的时刻，因而改变引出电子或γ射线的能量。 2）选择脉冲电流的方向，使中心加速磁通突然地增 大，引起平衡轨道扩张。这样，可以把引出电子的装 置或内靶放在平衡轨道的外侧以便于电子的引出。 3）调节脉冲电流的大小，可以改变电子的偏移速度。 如配上合适的引出装置，可使引出电子束的脉宽延长 到300 μs 。
3.电子的注入、俘获与偏移、引出
（1）电子感应加速器的工作状态 电子感应加速器磁铁的励磁绕组由交流电源供电。 磁场随时间是交变的。另一方面，要使电子能围绕平 衡轨道多次稳定地加速，要求产生加速电场的中心磁 通和控制轨道的轨道磁场都随时间增大，所以电子感 应加速器的整个加速过程只能在磁场上升的1/4周期 内完成。 在交变磁场的第一个1/4周期开始后，就把电子 注入到加速轨道。被俘获的电子随磁场的上升而加速， 磁场相位上升到80°左右时将电子引出。引出束流的 脉冲宽度与引出方法有关，一般为1μs。可见，从电 子感应加速器个引出的电子束流是脉冲的。脉冲重复 频率就是励磁绕组供电电源的频率，一般为每秒 50次。
11-3电子感应加速器
涡电流的热效应 利用涡电流进行加热 1、冶炼难熔金属及特种合金 、 2、家用 如：电磁灶 、 3、 3、电磁阻尼 利弊 热效应过强、温度过高， 热效应过强、温度过高， 易破坏绝缘，损耗电能， 易破坏绝缘，损耗电能，还可能造成事故
涡流线 交 流 电 源 铁芯
减少涡流： 、 减少涡流： 1、选择高阻值材料
11-3 电子感应加速器
一、 电子感应加速器 利用涡旋电场对电子进行加速
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ห้องสมุดไป่ตู้
电子束
• • • • •
F涡
• • • •
E涡
靶
电子枪
涡电流（涡流） 二、 涡电流（涡流） Vortex Current
大块的金属在磁场中运动， 大块的金属在磁场中运动，或处在变化的磁 场中，金属内部也要产生感应电流， 场中，金属内部也要产生感应电流，这种电流在 金属内部自成闭合回路，称为涡电流或涡流 涡电流或涡流。 金属内部自成闭合回路，称为涡电流或涡流。 涡流线 交 流 电 源 铁芯 趋肤效应——涡电流或涡流这种交变电流集中 涡电流或涡流这种交变电流集中 趋肤效应 于导体表面的效应。 于导体表面的效应。
电子感应加速器
电子感应加速器电子感应加速器是应用感生电场加速电子的装置。
在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流激励电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的感生电场。
用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下，沿圆形轨道运动。
电子感应加速器设在以r为半径的圆形区域中的磁场的空间平均值为，则所在处的感生电场强度大小为电子受切向电场力而加速，在圆环内的运动方程为电子还受到指向环心的磁场洛仑兹力将上式微分并与电子运动方程比较，得到这是使电子维持在恒定的圆形轨道上加速磁场必须满足的条件。
在电子感应加速器的设计中，两极间的空隙从中心向外逐渐增加，为的是使磁场的分布能满足这一要求。
由于电子感应加速器的电磁铁是用交流电激励，所以磁场是交变的，从而导致有旋电场的方向也是交变的，而且电子受到的洛仑兹力也并非总是指向圆心。
因此，在电流交变的一个周期中，不是所有的时间内电子都可以得到加速。
左图表示了一个周期内磁场、感生电场及电子受到的洛仑兹力的变化。
我们可以看到，只有在第一个四分之一周期内，电子才受到感生电场的加速，并且洛仑兹力的方向指向圆心。
实际上，若交流电的周期为50Hz，则在磁场变化的第一个四分之一周期（约5ms的时间）内，电子就能在感生电场的作用下，在圆形轨道上经历回旋数十万圈的持续加速，从而获得足够高的能量，并在第一个四分之一周期结束时被引出加速器至靶室。
加速器的种类很多，用途也不同，有静电加速器、电子回旋加速器、电子感应加速器、同步辐射加速器……等等。
电子感应加速器主要用于核物理的研究，用被加速的电子轰击各种靶时，将发出穿透力很强的电磁辐射。
另外电子感应加速器还应用于工业探伤或医疗癌症。
目前，我国最大的三个加速器是北京的高能粒子加速器、合肥的同步辐射加速器、兰州的重离子加速器。
北京正负电子对撞机的储存环直径2km的美国费米国立加速器鸟瞰图应用加速器的种类很多，用途也不同，静电加速器、电子回旋加速器、器、同步辐射加速器……等等。
流量传感器及其仪表的应用案例
流量传感器及其仪表的应用—电子感应加速器1.课程案例基本信息课程案例名称流量传感器及其仪表的应用—电子感应加速器课程案例编号0505301CE 关键词电子感应加速器对应知识点法拉第电磁感应定律2.课程案例图1是电子感应加速器。
在现代科学研究中，经常用到一种设备——电子感应加速器。
电子感应加速器是利用感生电场使电子得以加速的设备。
它的基本工作原理如图1所示，S 和N 分别为电磁铁的两个磁极，两磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。
依据电磁铁线圈电流的大小、方向的变化，产生的感生电场使电子得以加速。
图1电子感应加速器的工作原理流量传感器及其仪表的应用—电磁式流量计1.课程案例基本信息课程案例名称流量传感器及其仪表的应用—电磁式流量计课程案例编号0505302CE 关键词电磁式流量计对应知识点电磁式流量计测量导电液体体积流量2.课程案例电磁式流量计是一种测量导电液体体积流量的仪表，通常由传感器、转换器和显示仪表组成，其结构如图2所示。
根据传感器和转换器是否连接在一体，电磁式流量计分为一体型电磁式流量计和分离型电磁式流量计。
传感器一般安装在被测管道上，分离型的电磁流量计的转换器安装在离传感器30—100米的地方，两者之间用屏蔽电缆连接。
测量管道通过不导电的内衬（橡胶、特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。
图2电磁式流量计流量传感器及其仪表的应用—电磁式流量计在油田中的应用1.课程案例基本信息课程案例名称流量传感器及其仪表的应用—电磁式流量计在油田中的应用课程案例编号0505303CE 关键词电磁式流量计井下对应知识点电磁式流量计测井2.课程案例在油田中，对于注水井的分层测试采用的是井下存储式电磁流量计测井技术。
电磁流量计测井技术主要包括井下流量计、测量数据地面回放、处理设备、测试井口密封装置和绞车。
流量计从井口下入，通过注水管柱到达测量段。
在保持注入压力不变的情况下，通过改变仪器的位置完成对各个测量点的测试。
电子感应加速器
电子感应加速器
电子感应加速器是利用感生电场来加速电子的一种装置，左上图是加速器的结构原理图。
在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁受交变电流激发，在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具有对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是一系列绕磁感应线的同心圆，如左下图所示．这时，若用电子枪把电子沿切线方向射入环形真空室，如右下图所示，电子将受到环形真空室中的感生电场E的作用而被加速，同时，电子还受到真空室所在处磁场的洛伦兹力的作用，使电子在半径为R的圆形轨道上运动。
从感生电场的一个周期看出，只有在第一和第四两个 1/4 周期中电子才可能被加速，但是，在第四个1/4 周期中作为向心力的洛伦兹力由于 B 的变向而背离圆心，这样就不能维持电子在恒定轨道上作圆周运动。
因此，只有在第一个 1/4 周期中，才能实现对电子的加速，由于从电子枪入射的电子速率很大，实际上在第一个 1/4 周期的短时间内电子已绕行了几十万圈而获得相当高的能量，所以在第一个 1/4 周期末，就可利用特殊的装置使电子脱离轨道射向靶子。
目前，利用电子感应加速器可以把电子的能量加速到几十兆伏，最高可达几百兆伏。
最新医用电子直线加速器原理-2018
❖ 要实现这种加速模型只能在一个谐振腔列(链) 中完成。
生命至尊责任至上
驻波加速原理
❖ 利用电磁波的轴向电场分量不断的推动电子加速 ❖ 轴向电场的大小和方向是随时间交变的 ❖ 振荡的包络线是不变的 ❖ 只要电子的飞行（渡越）时间正好等于微波振荡的半周期，就能
满足持续加速
8 10
7 4HC3 2
4 .7 k
P1-1 2A
DS ILR ST
D5 IDIA08
D6 IDIA09
D7 IDIA10
D8 IDIA11
U3 2A
1
2
7 4HC1 4
P1-3 4B
RN1 5E
9
5
2 .2 k
ILSYM1
DCCOM 5 RN2E 12
C23 0 .1 u F
CR13 1 N44 4 8
C21 0 .1 u F
RN1 1C
9
3
2 2k
CR7 1 N44 4 8
+5V RN1 5C
9
3
2 .2 k
U2 C
5
12
6 TLP5 2 1-4
11 LGND
U1 4B 4 5
7 4HC0 8
U1 4C 9 10
7 4HC0 8
+5V U2 1B
RN1 9B
9
2
6 80
10 SD
12 D
Q8
6
1 1 CLK
灯） ❖ 急停开关 ❖ 防护门门联锁 ❖ 准备指示灯和出束指示灯
❖ 在加速器主机安装之前，用户须将十一根联锁线接至主机下方电 缆沟内，预留长度三米。
生命至尊责任至上
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• 初始条件：v = 0, B = 0，对上式积分得 初始条件： ,
eR mv = B 与 eRB R = mv 比较 2
1 BR = B 2
电子感应加速器原则上不受相对论效 应影响， 应影响，但因电子被加速时会辐射能量 而限制其能量进一步提高
• 电子运动方向与磁场配合，使洛仑 电子运动方向与磁场配合， 兹力提供向心力 • 电子运动方向与涡旋电场方向配合 好，使电子不断加速 • 如图只有第一个 周期内被加速 如图只有第一个1/4周期内被加速
• 为使电子在加速过程中，绕固定圆轨道运 为使电子在加速过程中， 以便打靶，对磁场径向分布有要求， 动，以便打靶，对磁场径向分布有要求， 即使轨道上的 B 值恰好等于轨道包围的面 积内 B 值的平均值之半 电子被涡旋 电场加速 电子轨道处磁场 • 推导：向心运动 推导：
电子感应加速器
• 原理
–电磁铁 f = 50周的强大交变电流 电磁铁 周的强大交变电流 励磁， 励磁，B 交变 – B变真空室内感应强大的 旋， 变真空室内感应强大的E 变真空室内感应强大的 E旋 随 B变化而变化，电流交变 变化而变化， 变化而变化 一周， 、 变化如图， 一周，B、E旋变化如图， –电子枪选择加速时机射入 电子枪选择加速时机射入
洛 仑 兹 力
d (mv ) mv 2 = −eE旋 evBR = ⇒ eRBR = mv dt R r r r eR r r d ∂B r ∫ E旋 ⋅ dl = − ∫∫s ⋅ dS = − ∫∫sB ⋅ dS d (mv) = 2 d B L dt ∂t R dB E旋 dl = E旋 ⋅ 2πR = −πR 2 d B E旋 = − ∫ L 2 dt dt