电子感应加速器
9-3 感生电动势 感生电场
b
Eicosqdl
a
=
b
ò
rcosq 2
¶ B dl ¶t
a
=
蝌b h
2
抖B 抖t
dl
=
h 2
a
Bb dl
t a
h B L B 1 L R2 L2
2 t t 2
4
I
→B
Ro
a
b
L
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二、电子感应加速器
电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的
一种设备。
铁芯
线圈
电子束
环形真空 管道
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为了使电子在环形真空室中按一定的轨道运动，
电磁铁在真空室处的磁场的 B 值必须满足
R mv 常量 eB
对磁场设计的要求：
将上式两边对 t 进行微分
F0
Ei e
F
-eEi
d B 1 d (mv) d t eR d t
eEi
d dt
(mv)
在磁场中运动时，金属 交
体内也将产生感应电流。 流 这种电流的流线是闭合 电 的，所以称涡旋电流。 源
因为大块导体的电阻很
小，所以涡旋电流强度
很大。
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涡电流的利用：
由于大块金属电阻一般较小，导体中涡电流可 以很大，在导体中产生大量焦耳热，此即感应加热 原理。涡电流产生的焦耳热与外加电流的频率的平 方成正比。当交变电流频率高达几百甚至几十千赫 兹时，导体中的涡电流将产生大量焦耳热可利用。
d B Ei dt R
E 1 d i 2R2 dt
dB dt
1
2R2
d dt
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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
高考物理一轮复习课时规范练31 带电粒子在复合场中的运动(含答案)
课时规范练31带电粒子在复合场中的运动基础对点练1.(感应加速器)(2022安徽宣城期末)无论周围空间是否存在闭合回路,变化的磁场都会在空间激发涡旋状的感应电场,电子感应加速器便应用了这个原理。
电子在环形真空室被加速的示意图如图所示,规定垂直于纸面向外的磁场方向为正,用电子枪将电子沿图示方向注入环形室。
它们在涡旋电场的作用下被加速。
同时在磁场内受到洛伦兹力的作用,沿圆形轨道运动。
下列变化规律的磁场能对注入的电子进行环向加速的是()2.(等离子体发电)下图为等离子体发电机的示意图。
高温燃烧室产生的大量的正、负离子被加速后垂直于磁场方向喷入发电通道的磁场中。
在发电通道中有两块相距为d的平行金属板,两金属板外接电阻R。
若磁场的磁感应强度为B,等离子体进入磁场时的速度为v,系统稳定时发电通道的电阻为r。
则下列表述正确的是()A.上金属板为发电机的负极,电路中电流为BdvRB.下金属板为发电机的正极,电路中电流为BdvR+rC.上金属板为发电机的正极,电路中电流为BdvR+rD.下金属板为发电机的负极,电路中电流为BdvR3.(电磁流量计)有一种污水流量计原理可以简化为如图所示模型:废液内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出。
流量值等于单位时间通过横截面的液体的体积。
空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,下列说法正确的是()A.M点的电势高于N点的电势B.负离子所受洛伦兹力方向竖直向下C.MN两点间的电势差与废液的流量值成正比D.MN两点间的电势差与废液流速成反比4.(霍尔效应)右图为霍尔元件的工作原理示意图,导体的宽度为h、厚度为d,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,CD两侧面会形成电势差U,其,式中比例常数k为霍尔系数,设载流子的大小与磁感应强度B和电流I的关系为U=k IBd电荷量的数值为q,下列说法正确的是()A.霍尔元件是一种重要的电传感器B.C端的电势一定比D端的电势高C.载流子所受静电力的大小F=q UdD.霍尔系数k=1,其中n为导体单位体积内的电荷数nq5.(回旋加速器)右图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场的电场强度大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,如图所示,带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是()A.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B.带电粒子每运动一周被加速一次C.带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3D.加速电场方向需要做周期性的变化6.(多选)(组合场)如图所示,在第二象限内有水平向右的匀强电场,在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场,磁感应强度大小相等。
人教版高中物理选择性必修第2册 第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动(解析版)
第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课程标准课标解读 1.通过实验，了解涡流现象。
2.能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。
3.了解电磁炉的结构和原理。
1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。
2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用。
3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用。
知识点01 电磁感应现象中的感生电场1．感生电场麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫感生电动势．3．电子感应加速器 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．【知识拓展1】1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁知识精讲目标导航场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt计算． 【即学即练1】高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。
磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N 极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。
图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。
下列有关铝盘刹车的说法正确的是（ ）A ．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场B ．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场C ．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大【答案】C【解析】A ．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A 错误；B ．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B 错误；C ．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C 正确；D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D 错误。
9医用直线加速器的检测
浙江省肿瘤医院放射物理室 狄小云
加速器的发展历史
1895年伦琴发现X线 1899年在瑞典首次使用电离辐射治疗癌症 1940年美国Keirt 发明电子感应加速器 1944年苏联Vekslert提出电子回旋加速器原理 1949年美国用电子感应加速器进行放射治疗 1972年中国开展医用电子感应加速器的研究 1977年北京、南京、上海先后研制成医用电子直线加速 器 1987年北京研制成驻波医用电子直线加速器 1975年中国引进医用电子直线加速器 1977年浙江省肿瘤医院引进医用电子直线加速器进行放
剂量比法（D20/D10）
测量方法：源至水模表面距离SSD=100cm， 模体表面的辐射野10cm×10cm，射线束 轴与模体垂直。若用圆柱形电离室，电 离室轴线与束轴垂直；若用平行板电离 室，束轴垂直于平行板电离室的入射面。 电离室的有效测量点沿束轴移动,分别测 出水深为10cm与20cm处的吸收剂量D10 与 D20，并确定D20/D10的比值。
式中的M是经温度、气压修正后的仪表读数；Sw，air为水对空气的阻止本 领比（其值见表11）；Pu为扰动因子（图16）, 校正电离室物质非水物质的等效性；Pcel为电离室中心电极的修正，仅 仅考虑室壁与平衡帽的非空气等效引起的修正是不够的，中心电极的非 空气等效性也可引起测量的误差。 当电离室壁材料是石墨，中心电极材料为铝时，Pcel=1.000。
组织模体比、剂量比与能量的相应关系
TPR2010 0.60 0.62 0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 (0.57 D20/D10 0.520 0.535 0.550 0.570 0.585 0.600 0.615 0.630 0.640 0.645 0.655 0.660 0.675 0.500 MV 3.5 3.9 4.4 5.0 5.8 7.0 8.0 9.5 10.5 12.0 14.0 20.0 25.0 60Coγ 射线 )
电子直线加速器的工作原理
通过加速管及波导系统，将能量有效地传输给电子， 同时保证系统的稳定性和效率。
能量损失与补偿
在加速过程中，电子会因辐射等原因损失能量，需通 过相应的技术进行补偿。
束流稳定性及聚焦技术
束流稳定性
束流品质优化
为确保电子束在传输过程中的稳定性 ，需采用束流稳定技术，如束流反馈 控制、束流诊断等。
通过优化加速器的设计参数和运行条 件，提高束流的品质因数（如亮度、 能散等）。
采用重物质（如铅、混凝土等）对加速器 周围进行屏蔽，减少辐射泄漏。
在关键部位设置辐射剂量监测装置，实时 监测辐射水平，确保人员安全。
安全标识
应急预案
在加速器周围设置明显的安全标识和警示 灯，提醒人员注意辐射安全。
制定完善的应急预案，包括人员疏散、紧 急停机、医疗救治等措施，确保在紧急情 况下能够迅速响应并妥善处理。
操作规范及注意事项
操作规范
在使用电子直线加速器进行放射治疗前，医 生需要制定详细的治疗计划，包括照射野、 剂量分布、照射时间等。治疗过程中需要严 格按照计划执行，确保治疗的准确性和安全 性。同时，医生还需要密切关注患者的反应 和病情变化，及时调整治疗方案。
注意事项
在接受放射治疗期间，患者需要注意保持良 好的营养和身体状况，避免过度劳累和精神 压力。同时，患者需要遵守医生的建议和治 疗计划，按时接受治疗和检查。此外，放射 治疗期间可能会出现一些副作用和并发症， 如恶心、呕吐、皮肤反应等，患者需要及时
真空技术
真空室设计
采用高真空度的真空室，降低电子与残余气体的 碰撞概率，提高电子束质量。
真空泵选择
选用高性能真空泵，实现快速抽真空，确保加速 器稳定运行。
真空度监测
实时监测真空度，确保加速器在最佳真空环境下 工作。
医用电子直线加速器原理优秀课件
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
生命至尊责任至上
驻波加速原理（1）
生命至尊责任至上
驻波加速原理（2）
生命至尊责任至上
驻波加速原理（3）
生命至尊责任至上
医用电子直线加速器功能
❖ 产生射线 ❖ 使射线适合放疗
生命至尊责任至上
产生射线
生命至尊责任至上
适合放疗
生命至尊责任至上
XHA600医用电子直线加速器
生命至尊责任至上
主机结构
❖ 固定机架 ❖ 旋转机架 ❖ 治疗头 ❖ 底座
❖ 治疗床
治疗头
治疗床
旋转机架
固定 机架
底座
生命至尊责任至上
波导窗
软波导
环流器
加速管
吸收负载
定向耦合器
圆方转换 磁钢
E2V 磁控管
生命至尊责任至上
环流器
生命至尊责任至上
四端环流器
3口
1口
2口 4口
生命至尊责任至上
微波系统的组成
生命至尊责任至上
前向波
2
4
1 3
E2V
生命至尊责任至上
反射波
E2V
生命至尊责任至上
三端环流器------前向波
E2V
生命至尊责任至上
医用电子直线加速器原理优秀课件
生命至尊责任至上
医用电子直线加速器整机结构
生命至尊责任至上
医用加速器分类
❖ 按加速对象分 ❖ 医用电子加速器
❖ 医用电子直线加速器 ❖ 医用电子回旋加速器 ❖ 医用电子感应加速器
加速器类型——精选推荐
粒子加速器：particle accelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。
粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。
粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。
粒子能量在100MeV以下的称为低能加速器，能量在0.1～1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器。
按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。
按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式加速器。
它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。
近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。
这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。
（撰写：陈佳滠审订：关遐令）串列加速器：tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速器。
串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。
它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。
当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2个或多个电子，变为正离子。
在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。
图为中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器主体外貌。
（撰写：秦久昌审订：关遐令）高压倍加器：Cockcroft-Walton accelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。
其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。
在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加，可表达为V-2nV a，式中V a为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。
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电子感应加速器
1. 简介
电子感应加速器（Electron Induction Accelerator）是一种
用于产生高能电子束的装置。
它利用电磁感应原理和电子束的加速作用，将电子通过磁场加速到高能量状态，从而实现电子束的产生和加速。
电子感应加速器具有结构简单、加速效率高和能量可调整等优点，在科研、医疗和工业等领域都有广泛的应用。
2. 原理
2.1 电磁感应原理
电子感应加速器利用电磁感应原理实现电子束的加速。
当
磁场中的磁力线发生变化时，会在空间中产生电场。
电子在这个电场中受到作用力，从而被加速。
根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场产生的电场的大小和方向与变化率成正比。
2.2 加速器结构
电子感应加速器的结构包括磁场产生器、电子源、加速腔
和能量调控系统等部分。
磁场产生器产生强磁场，用于产生电
磁感应。
电子源产生电子流，经过磁场产生的电场加速电子。
加速腔提供稳定的电场，保证电子束的加速。
能量调控系统用于调整电子束的能量。
3. 应用领域
3.1 科学研究
电子感应加速器在科学研究领域做出了重要贡献。
它可以产生高能电子束，用于研究原子核结构、粒子物理学和核物理学等领域。
通过加速器产生的高能电子束，科学家可以深入研究微观粒子的性质和相互作用规律，对于揭示物质的基本结构和宇宙的起源具有重要意义。
3.2 医疗应用
电子感应加速器在医疗应用领域也有广泛的用途。
它可以产生高能电子束和X射线，用于肿瘤治疗、放射性同位素疗法和医学成像等。
高能电子束可以精确定位和杀灭肿瘤细胞，减少对正常组织的损伤。
X射线可以用于诊断和监测疾病，为医生提供准确的诊断结果。
3.3 工业应用
在工业领域，电子感应加速器可以用于材料表面改性、材
料表面清洁和沉积薄膜等工艺。
高能电子束可以改变材料表面的性质，提高材料的硬度、耐腐蚀性和抗磨损性。
此外，电子感应加速器还可以用于辐照食品、杀菌和杀虫等处理，保持食品的新鲜和延长货架期。
4. 发展前景
随着科学技术的不断进步，电子感应加速器的发展前景十
分广阔。
首先，随着粒子物理学和核物理学的研究深入，对于更高能量的电子束的需求也越来越大。
电子感应加速器可以满足这一需求，为科学家们提供更好的研究平台。
其次，医疗领域对于更精确、更效果的肿瘤治疗和诊断手段的需求也在增加。
电子感应加速器可以提供高能电子束和X射线，用于肿瘤治
疗和医学成像，有望在医疗行业得到更广泛的应用。
此外，工业领域对于材料改性和环境处理的需求也在增加，电子感应加速器具备相应的技术优势，有望在工业应用中发挥更大的作用。
5. 结论
电子感应加速器是一种用于产生高能电子束的装置，利用
电磁感应原理和电子束的加速作用，可以在科学研究、医疗和
工业等领域发挥重要作用。
随着科学技术的发展，电子感应加速器具有广阔的发展前景，有望在未来得到更广泛的应用。