加速器种类及优缺点.doc

大学物理自主学习之勇攀高峰 中荷学院2012级卓越班 闫醒阳 带电粒子加速器 加速器的种类由于倍压加速器的输出粒子流强度高，结构比较简单，运行比较可靠，造价低和建造快，因而得到了广泛的应用。直线加速器具有束流强度高、能量可逐节增加等优点，缺点是需要昂贵的高频、微波功率源. 直线加速器的优点是从零速开始加速很方便，绝大部分回旋加速器的起始加速段（注入器）都是直线加速器；而且加速重粒子在能量损失方面比起同步加速器来说比较有优势，因为重粒子偏转需要的向心加速度更大；另外事实上都造到很大的时候直线加速器反而比较不占地方。回旋加速器可以反复回旋加速以累积能量，另外如果有足够的资金和场地的话，也可以造得非常大——半径越大越接近直线，这样偏转的时候由于同步辐射（切伦科夫辐射）损失的能量越少。①具有从红外线到硬X射线广泛范围内的光滑连续谱。如使用单色器，可获得一定波长的单色光。 ②辐射强度高，一个储存环的辐射总功率常在数千瓦以上。 ③天然准直性好，其发散度一般小于1毫弧度。 ④辐射亮度高，一般比X射线转靶的标识辐射亮度高10倍，比连续轫致辐射亮度高10倍。 ⑤具有天然的偏振性。在轨道平面上是完全偏振光，其电矢量平行于轨道平面。 ⑥洁净度很高。因同步辐射是自由电子发光的，不产生其他粒子本底。 ⑦可实现脉冲化，脉宽可达 0.01～1纳秒或更短。 ⑧光通量、能量分布及偏振度等均可准确计算，并和实验值很好地相符合，因此可做为标准光源。 电子同步加速器多用于光核反应和介子物理等方面的研究。同步辐射装置作为性能良好的新型光源，在原子、分子物理、固体物理、表面物理、天体物理、化学、生物学、医学、环境科学、能源科学、材料科学、光刻技术、显微技术和光学标准计量等等许多科学技术领域里，得到越来越广泛的应用。 来决定。这关系式对时间微分后得 式中Ia是有效充电电流，它等于输电带送到高压电极的电流(输电电流)减去通过各种途径从高压电极漏去的电流（泄漏电流）。当电压上升到某值时，泄漏电流恰好等于输电电流，即Ia＝0,此值即为此高压发生器的平衡电压。这种高压发生器，要改变电压极性是很方便的，只要改变喷电电源极性即可实现。 优缺点：60年代中，范德格喇夫静电高压发生器的重要改进是用输电链（或梯）代替输电带。输电链（梯）是利用在链(梯)上产生感应电荷的办法充电并输送电荷的，它的主要优点是：输电不靠电晕放电，电流波动小，发生器的高压自然稳定度高；工作寿命长；内部清洁等。同质子静电加速器相比，电子静电加速器的结构比较简单，所占空间也较小。这是由于负极性高压电极的击穿电压比正极性高；电子枪及其所需电源比离子源要简单得多,因此对于相同能量的电子静电加速器来讲,它的高压电极尺寸就比较小，这样钢筒的尺寸也就可相应减小。其次，由于电子静电加速器是作为β辐射源（高速电子流经扫描器后通过薄窗引出）和γ辐射源（高速电子轰击重元素──金、钨等来产生很强的γ射线）使用的，对电子束的能量分散度没有很高的要求，因此它不必配备分析器和稳压装置，用于实验的辐照室就直接安置在离加速管出口不远的地方对撞机是在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置，其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞，以产生足够高的相互作用反应率，从而便于测量。 用高能粒子轰击静止靶（粒子）时，只有质心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占实验室系中粒子总能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量为 E，则对靶中同种粒子作用的质心系能量约为 (E为粒子的静止能量）。可见，随着Eo的增高，用于相互作用的那部分能量所占的比例将越来越小，即被加速粒子能量的利用效率越来越低，但是，如果是两个能量为 E的相向运动的同种高能粒子束对撞，则质心系能量约为2E，即粒子全部能量均可用来进行相互作用。可见，为了得到相同的质心系能量，所需的加速器能量将比对撞机大得多。如果对撞机能量为 E，则相应的加速器能量应为2E2/E。例如，能量为2×300GeV的质子、质子对撞机，同一台能量o为 180000GeV的质子加速器相当，建造这样高能量的加速器。在目前的技术水平及经济条件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的对撞机是完全可行的，这就是近20年来对撞机得到广泛发展的原因之一。由于电子冷却及随机冷却技术（见加速器技术和原理的发展）的成功，使反质子束的性能大大得到改善，而且束流可以积累到足够的强度，从而有可能在同一环中进行质子－反质子对撞