加速器考试复习

加速器考试复习

第一章

1、加速器就其加速原理有几类？各自的工作原理如何？ 答：1、按加速器原理的不同，可大致分为： （1）高压加速器

原理：粒子一次（或两三次）通过一个高电势差，以便得到加速。像倍压加速器、静电加速器、绝缘磁芯变压器等。可用于加速电子，也可以加速质子、氘核、氦核以及其他重离子。

（2）涡旋电场加速的回旋式加速器

原理：利用轴向磁场约束粒子，使粒子回旋运动；并利用电磁感应所产生的涡旋电场来加速粒子。例如：电子感应加速器，只能用来加速电子。 （3）高频电场加速的回旋式加速器

原理：利用轴向磁场使粒子回旋运动，多次通过高频加速电场得到加速。这类加速器可分为两类：一类加速器里没有自动稳相现象，如普通回旋加速器。另一类是有自动稳相现象的。如稳相加速器、质子同步加速器、电子同步加速器、电子回旋加速器。

（4）直线加速器 原理：在这类加速器里，粒子大致沿直线轨道运动，在微波场的作用下得到加速，像行波电子加速器、质子驻波加速器。

（5）除了以上四类加速器外，还有利用电磁感应电场加速的直线加速器

第二章

8、串列加速器的工作原理如何？ 让粒子多次通过加速电势差，就有可能把粒子加速到很高的能量。但是在静电加速器里的加速电压是恒定的，如果粒子从地向高压电极运动时得到加速，那么当它离开高压电极时，就会收到减速，能量反而降低，不能再一次被加速。为了使粒子离开高压电极时再加速一次，就必须在粒子达到高压电极时，变换它的电荷的极性。这就是串列加速器的工作原理。

第三章

1. 旋转对称场中粒子的运动方程，轨道半径？说明轨道半径公式中负号的意义?

运动方程：

.,1,22

dt

d r

B Z dt dz m dt d dt dr

B Z dt dz B Z E Z dt d m r dt d r dt d r

B Z dt d m r dt dr m dt d r e z e r

e e z e θ

θθθθ-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫

⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛

半径方程： z

e c B Z mv r θ-

= 式中,dt d r v θ

θ= 式中负号表示对正电荷的粒子（Z>0）来说，v θ和B z 的符号应该相反。也就是说，如果

B z 大于0（磁场方向向上），那么粒子将会顺时针迴旋（v θ<0）；如果是负的（磁场方向向下），粒子将逆时针迴旋（v θ>0）.对负粒子而言，迴旋方向和磁场方向的关系和上面说的正好相反。

2. 粒子运动参数的相对论表达式？

粒子总能量：是粒子的动能式中W ,102

1

2

22

W c v c m mc o +=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

=εε

动量：21)]02([1

ε+=W W c

mv

轨道半径：()[]c

e c B Z W W r 21

02ε+= 迴转频率：

00002/12m B

Z f W f f m

B Z f e c e c πεπ=

+==

其中

3. 电子感应加速器的工作原理？

在空间取一条封闭回路，当通过回路的磁感应强度发生变化时，那么那条回路上就会有感应电场发生。加入在那条回路上安放一匝导线，导线中传导电子就会被感应电场加速，这就是感应加速器的工作原理

4. 导出电子能量改变量和加速器磁通变化量的关系式，为什么电子感应加速器

秒兆周/18.47122

12

002

12

00⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+-=⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+-=W r W r c f c εεεεπ

不适宜加速离子

推导过程见P104—P106；

电子能量改变量和加速器磁通变化量的关系式：W c

r

∆=

∆πφ2。 不能加速离子的原因：虽然电子感应加速器加速电子和离子最终的能量都相同，但是加速重离子的轨道半径要大得多，并且重离子的速度比电子的速度要低得多，要使重离子增加一定动能所需要的磁通变化将要比电子大得多。所以感应加速方法只适合用来加速电子。

第四章 回旋加速器

1、回旋加速器的基本工作原理？粒子轨道半径及轨道半径形状如何？

答：回旋加速器的电磁铁磁极是圆柱状的，两个磁极之间形成大致均匀分布的主导磁场，磁场是恒定的，不随时间变化，在主导磁场的作用下，粒子沿圆弧轨道运动。在两个磁极之间安放着真空室，有两个金属电极，粒子在经过金属电极时加速，在磁场中作回旋运动，到加速一定值 时，引出粒子。(p165)

在加速中，粒子能量不断增加，轨道半径不断增大，运动轨迹近似一条平面螺旋线，相邻轨道间距

(p169)

粒子轨道半径是磁场半径

2、回旋加速器的主要参数w 、f 、B 之间的关系？

答：(p167) (p168)

第六章 同步加速器

3、离子回旋频率与主导磁感应强度的关系

(){}

()⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⨯==+=+⎪

⎭

⎫

⎝⎛+⨯=⎪⎭⎫

⎝⎛+⨯=⎪

⎭

⎫

⎝⎛+⨯=⎪⎭

⎫

⎝⎛==

-R r r B B f Z r B W R r W B f R r W B r v W W ZB f R r r v R v f c S S c S s c S s c 02

00200

4

0,2

0020000040,000401

04

000,3001043.113001043.11043.1211043.122εεεεεπεππ因此得到：假设又因为

代入得到：

7、 同步加速器最大轨道磁场1T,希望将电子加速到1000MeV ,求轨道半径和调频范围（入射电子能量1W =100MeV ）。若用于加速质子（入射能量为2MeV ），加速到同样的能量，求对应的轨道半径和调频范围。

轨道半径公式：()[]

ZB

W W r 30022

1

0ε+=

m

BZ W r W 1319

6

01033.51

130010

6.1101000300--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=

=

>>；

，

该式可以简化为对于电子能量很高ε

调频范围

10==

=

i

f

i

f i

f v v f f ββ ()[]

()[]

m ZB

W W r 132

110

1010

2

101091

130010

310

6.1106.13002----⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=

+=

ε对于质子

调频范围

i

f

i

f i

f v v f f ββ=

=

= 500